一种3位sar adc仿真验证

3位sar adc采用下图的电容阵列，电路如下图：所有电容的正端（也称为上极板）与比较器的同相端连接，比较器反相端接gnd，其工作过程进行大致分析见之前的文章《一种3位sar adc工作过程推导（二）》，下面对这个电路进行仿真验证。

两个参考电压$V_{refP}$和$V_{refN}$，$V_{-}=V_{vrefN}$，假设$\frac{5}{8}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN}<V_{in}<\frac{6}{8}(V_{refP}-V_{refN})$

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仿真过程（一）：

绘制仿真原理图，设置好参数：V_in=800 mV，V_refP=1.2V，V_refN=0 V，$\frac{5}{8}\cdot (1.2-0)+0<V_{in}<\frac{6}{8}\cdot (1.2-0)+0$，采用理想开关switch。

下图为仿真波形图，经过4个步骤，输入电压V_in分别与$\frac{V_{refP}-V_{refN}}{2}+V_{refN},\frac{3}{4}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN},\frac{5}{8}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN}$进行比较，所以V_plus分别为$V_{in}-[\frac{V_{refP}-V_{refN}}{2}+V_{refN}],V_{in}-[\frac{3}{4}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN}],V_{in}-[\frac{5}{8}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN}]$.

• step1: $V_{plus}=0.8V$
• step2: $V_{plus}=0.8-0.6=0.2V$
• step3: $V_{plus}=0.8-0.9=-0.1V$
• step4: $V_{plus}=0.8-0.75=0.05V$

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仿真过程（二）：

设置参数：V_in=950 mV，V_refP=1.2V，V_refN=0 .4V，$\frac{5}{8}\cdot (1.2-0.4)+0.4<V_{in}<\frac{6}{8}\cdot (1.2-0.4)+0.4$，采用理想开关switch。

下图为仿真波形图，经过4个步骤，输入电压V_in分别与$\frac{V_{refP}-V_{refN}}{2}+V_{refN},\frac{3}{4}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN},\frac{5}{8}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN}$进行比较，所以V_plus分别为$V_{in}-\frac{V_{refP}-V_{refN}}{2},V_{in}-\frac{3}{4}(V_{refP}-V_{refN}),V_{in}-\frac{5}{8}(V_{refP}-V_{refN})$.

• step1: $V_{plus}=0.95V$
• step2: $V_{plus}=0.95-\frac{1}{2}\times (1.2-0.4)=0.55V$
• step3: $V_{plus}=0.95-\frac{3}{4}\times (1.2-0.4)=0.35V$
• step4: $V_{plus}=0.95-\frac{5}{8}\times (1.2-0.4)=0.45V$

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小结

• 当反相输入端为gnd，比较器同相输入电压V_plus的值可能会有负数，所以比较器应该采用pmos作为输入管
• 理想开关也会有很小导通电阻，存在开关损耗，所以开关需要自举开关（自举电路）

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