ADC，也即模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，在工業(yè)中具有重要應(yīng)用。對于ADC，我們或多或少有所耳聞、了解。往期文章中，小編對高速ADC電源設(shè)計等知識有所介紹。為增進(jìn)大家對ADC的了解，本文將對SAR型ADC的原理予以解讀。如果你對ADC相關(guān)知識具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。
一、ADC基本介紹
模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，或簡稱ADC，通常是指一個將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為一個輸出的數(shù)字信號。由于數(shù)字信號本身不具有實際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小 。這種轉(zhuǎn)換器的基本原理是把輸入的模擬信號按規(guī)定的時間間隔采樣，并與一系列標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號相比較，數(shù)字信號逐次收斂，直至兩種信號相等為止。然后顯示出代表此信號的二進(jìn)制數(shù)，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器有很多種，如直接的、間接的、高速高精度的、超高速的等。每種又有許多形式。同模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器功能相反的稱為“數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器”，亦稱“譯碼器”，它是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的模擬量的裝置，也有許多種和許多形式 。
二、SAR型ADC原理簡析
逐次逼近寄存器型(SAR)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)是采樣速率低于5Msps (每秒百萬次采樣)的中等至高分辨率應(yīng)用的常見結(jié)構(gòu)。SAR ADC的分辨率一般為8位至16位，具有低功耗、小尺寸等特點。這些特點使該類型ADC具有很寬的應(yīng)用范圍，例如便攜/電池供電儀表、筆輸入量化器、工業(yè)控制和數(shù)據(jù)/信號采集等。
顧名思義，SAR ADC實質(zhì)上是實現(xiàn)一種二進(jìn)制搜索算法。所以，當(dāng)內(nèi)部電路運行在數(shù)兆赫茲(MHz)時，由于逐次逼近算法的緣故，ADC采樣速率僅是該數(shù)值的幾分之一。
(一)SAR ADC的架構(gòu)
盡管實現(xiàn)SAR ADC的方式千差萬別，但其基本結(jié)構(gòu)非常簡單(見圖1)。模擬輸入電壓(VIN)由采樣/保持電路保持。為實現(xiàn)二進(jìn)制搜索算法，N位寄存器首先設(shè)置在中間刻度(即：100.。。 .00，MSB設(shè)置為1)。這樣，DAC輸出(VDAC)被設(shè)為VREF/2，VREF是提供給ADC的基準(zhǔn)電壓。然后，比較判斷VIN是小于還是大于VDAC。如果VIN大于VDAC，則比較器輸出邏輯高電平或1，N位寄存器的MSB保持為1。相反，如果VIN小于VDAC，則比較器輸出邏輯低電平，N位寄存器的MSB清0。隨后，SAR控制邏輯移至下一位，并將該位設(shè)置為高電平，進(jìn)行下一次比較。這個過程一直持續(xù)到LSB。上述操作結(jié)束后，也就完成了轉(zhuǎn)換，N位轉(zhuǎn)換結(jié)果儲存在寄存器內(nèi)。
(二)SAR型ADC原理簡析
SAR原理框圖：
組成：比較器、逐次比較寄存器、D/A轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)寄存器、控制電路。
原理簡析：首先逐次比較寄存器最高位置1，指示D/A轉(zhuǎn)換器輸出對應(yīng)電壓到比較器反相端與Vi比較，如果Vi大于該電壓，則比較器輸出為1，逐次比較寄存器采樣到1保存最高位為1，反之為0。依次比較直到最后一位，屆時所存數(shù)據(jù)并輸出。
特點：從原理分析容易看出，該種ADC是一位一位比較，則每個時鐘周期只能比較一次，N位則需比較N次，因此注定該種ADC不能運轉(zhuǎn)在較快速度，同時輸入端Vi的帶寬也不會太寬，畢竟轉(zhuǎn)換速率在那里了，你Vi變化太快，人家還沒轉(zhuǎn)換完你就變化了，轉(zhuǎn)換還有啥意義呢?另一方面可看出該種ADC電路結(jié)構(gòu)簡單，硅片面積和功耗比較小，便于實現(xiàn)。同時分辨率完全取決于內(nèi)部DAC(當(dāng)然比較器的敏感度也很重要。)，則可實現(xiàn)較高分辨率。總之，該種ADC適用于分辨率高、中等速度以下的場合。
網(wǎng)上搜索時無意中發(fā)現(xiàn)，然來教科書中常見芯片ADC0809即為SAR型，之前只知道拿過來就用，現(xiàn)在研究ADC才注意到。(后來使用C8051F410，發(fā)現(xiàn)集成的12位ADC竟然也是SAR型)
上ADC0809內(nèi)部原理框圖：
注意中間部分即之前所述SAR核心構(gòu)成，不過這里是用開關(guān)數(shù)組和256R電阻分壓器構(gòu)成了一個DAC。
以上便是此次小編帶來的“ADC”相關(guān)內(nèi)容，通過本文，希望大家對SAR型ADC的工作原理具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!
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