SAR ADC技术解析：高速高精度转换器

"ADC Architectures II-Successive Approximation ADCs" ADC（模拟-to-digital转换器）是数据采集系统中的关键组件，成功地将连续的模拟信号转化为数字信号。Successive Approximation ADC（逐次逼近型ADC）是一种常见的ADC架构，因其简单、高效而广泛应用于各种领域。近年来，通过设计改进，这类ADC的采样频率已提升到兆赫兹级别，同时保持高分辨率，如18位。 逐次逼近型ADC的基本工作原理如下： 1. **转换过程**：当CONVERT START信号被激活时，转换开始。首先，DAC（数字-to-模拟转换器）设置为最大值，然后通过比较器与输入模拟信号进行比较。比较器的输出决定当前位是1还是0。 2. **逐次逼近**：在每次迭代中，SAR（逐次逼近寄存器）会测试下一个最低有效位（LSB），通过改变DAC的输出来逼近输入信号的电压。如果当前位的测试值使比较器输出翻转，那么该位被设置为1；否则，设置为0。这个过程逐位进行，直到所有位都确定下来。 3. **内部结构**：Analog Devices的PulSAR系列SAR ADC利用内部开关电容技术，结合自动校准功能，能够在CMOS工艺上实现高速和高精度。例如，AD7641能在2 MSPS下提供18位分辨率，而无需昂贵的薄膜激光微调。 4. **速度与分辨率**：对于16位ADC，AD7625和AD7626代表了技术突破，分别能在6 MSPS和10 MSPS的速度下工作，展现了高采样率和高分辨率的完美结合。 5. **输入处理**：SAR ADC需要一个输入样本保持电路（Sample-and-Hold Amplifier, SHA）来保持输入信号在转换周期内的恒定。SHA在转换开始时捕获输入信号，并在转换过程中保持该值，确保了转换的准确性和稳定性。 6. **控制逻辑与输出**：转换完成后，ADC通过EOC（End of Conversion）、DRDY（数据准备好）或BUSY信号通知系统转换已完成，然后输出数字结果。 逐次逼近ADC的这种设计使得它们在要求快速转换速度和高分辨率的系统中非常有用，尤其是在通信、测量和工业自动化等领域。不过，需要注意的是，由于其工作方式，逐次逼近ADC的转换时间通常比其他类型的ADC（如积分ADC）更长。此外，噪声和非线性误差也是需要考虑的因素，可以通过优化设计和校准技术来减小这些影响。