什么是ADC?SAR型ADC的工作原理是什么?

ADC，也即模拟数字转换器，在工业中具有重要应用。对于ADC，我们或多或少有所耳闻、了解。往期文章中，小编对高速ADC电源设计等知识有所介绍。为增进大家对ADC的了解，本文将对SAR型ADC的原理予以解读。如果你对ADC相关知识具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、ADC基本介绍

模拟数字转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小 。这种转换器的基本原理是把输入的模拟信号按规定的时间间隔采样，并与一系列标准的数字信号相比较，数字信号逐次收敛，直至两种信号相等为止。然后显示出代表此信号的二进制数，模拟数字转换器有很多种，如直接的、间接的、高速高精度的、超高速的等。每种又有许多形式。同模拟数字转换器功能相反的称为“数字模拟转换器”，亦称“译码器”，它是把数字量转换成连续变化的模拟量的装置，也有许多种和许多形式 。

二、SAR型ADC原理简析

逐次逼近寄存器型(SAR)模拟数字转换器(ADC)是采样速率低于5Msps (每秒百万次采样)的中等至高分辨率应用的常见结构。SAR ADC的分辨率一般为8位至16位，具有低功耗、小尺寸等特点。这些特点使该类型ADC具有很宽的应用范围，例如便携/电池供电仪表、笔输入量化器、工业控制和数据/信号采集等。

顾名思义，SAR ADC实质上是实现一种二进制搜索算法。所以，当内部电路运行在数兆赫兹(MHz)时，由于逐次逼近算法的缘故，ADC采样速率仅是该数值的几分之一。

(一)SAR ADC的架构

尽管实现SAR ADC的方式千差万别，但其基本结构非常简单(见图1)。模拟输入电压(VIN)由采样/保持电路保持。为实现二进制搜索算法，N位寄存器首先设置在中间刻度(即：100.。。 .00，MSB设置为1)。这样，DAC输出(VDAC)被设为VREF/2，VREF是提供给ADC的基准电压。然后，比较判断VIN是小于还是大于VDAC。如果VIN大于VDAC，则比较器输出逻辑高电平或1，N位寄存器的MSB保持为1。相反，如果VIN小于VDAC，则比较器输出逻辑低电平，N位寄存器的MSB清0。随后，SAR控制逻辑移至下一位，并将该位设置为高电平，进行下一次比较。这个过程一直持续到LSB。上述操作结束后，也就完成了转换，N位转换结果储存在寄存器内。

(二)SAR型ADC原理简析

SAR原理框图：

组成：比较器、逐次比较寄存器、D/A转换器、数据寄存器、控制电路。

原理简析：首先逐次比较寄存器最高位置1，指示D/A转换器输出对应电压到比较器反相端与Vi比较，如果Vi大于该电压，则比较器输出为1，逐次比较寄存器采样到1保存最高位为1，反之为0。依次比较直到最后一位，届时所存数据并输出。

特点：从原理分析容易看出，该种ADC是一位一位比较，则每个时钟周期只能比较一次，N位则需比较N次，因此注定该种ADC不能运转在较快速度，同时输入端Vi的带宽也不会太宽，毕竟转换速率在那里了，你Vi变化太快，人家还没转换完你就变化了，转换还有啥意义呢?另一方面可看出该种ADC电路结构简单，硅片面积和功耗比较小，便于实现。同时分辨率完全取决于内部DAC(当然比较器的敏感度也很重要。)，则可实现较高分辨率。总之，该种ADC适用于分辨率高、中等速度以下的场合。

网上搜索时无意中发现，然来教科书中常见芯片ADC0809即为SAR型，之前只知道拿过来就用，现在研究ADC才注意到。(后来使用C8051F410，发现集成的12位ADC竟然也是SAR型)

上ADC0809内部原理框图：

注意中间部分即之前所述SAR核心构成，不过这里是用开关数组和256R电阻分压器构成了一个DAC。

以上便是此次小编带来的“ADC”相关内容，通过本文，希望大家对SAR型ADC的工作原理具备一定的了解。如果你喜欢本文，不妨持续关注我们网站哦，小编将于后期带来更多精彩内容。最后，十分感谢大家的阅读，have a nice day!