SAR ADC

逐次逼近寄存器型(SAR)的模拟数字转换器(ADC)是采样速率低于5Msps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SAR ADC获得了很广的应用范围，例如便携式电池供电仪表、笔输入量化器、工业控制和数据信号采集器等。 那末什么是SAR 呢? 顾名思义, SAR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，故ADC采样速率仅是该数值的几分之一。为了使SAR ADC在很宽的范围上得到应用,那就应该对SAR(逐次逼近寄存器型)的ADC有一个全面的理解。首先对SAR ADC的结构分析。 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为‘1’)。这样，数字模拟转换器(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>VDAC，则比较器输出逻辑高电平或‘1’，N位寄存器的MSB保持‘1’。相反，如果VIN < VDAC ，则比较器输出逻辑低电平，N位寄存器的MSB清为‘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最低有效位(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。 图2是一个4位转换器。y轴及图中的粗线表示DAC的输出电压。本例中，第一次比较表明VINVDAC，位2保持为‘1’。DAC置为01102，执行第三次比较。根据比较结果，位1置‘0’，DAC又设置为01012，执行最后一次比较。最后，由于V1N>VDAC，位0确定为‘1’。 注意，对于4位ADC需要四个比较周期。通常，N位SAR ADC需要N个比较周期，在前一位转换完成之前不得进入下一次转换。由此可以看出，该类ADC能够有效节省功耗和空间，当然，也正是由于这个原因，分辨率在14位至16位，速率高于几Msps的逐次逼近ADC及其少见。一些基于SAR结构的微型ADC已经推向市场。例如，采用QSPITM串行接口的 MAXlll5-MAXlll8系列8位ADC以及采用微小的SOT23封装，分辨率更高的可互换产品-10位MAXl086和12位MAXl286，尺寸只有3mm×3mm。兼容于I2C接口的MAXl036／MAXl037可将四路、8位ADC和一个基准源集成在SOT23封装内。 SAR ADC的另一个特点是，功率损耗随采样速率而改变，这一点与闪速ADC或流水线ADC不同，后者在不同的采样速率下具有固定的功耗。这仅对于低功耗应用或者不需要连续采集数据的应用是非常有利的(例如，用于PDA数字转换器的MAXl233)。 SAR的深入分析 SAR ADC的两个重要部件是比较端和DAC，可以看到，图1中采样／保持电路可以嵌入到DAC内，不作为一个独立的电路。 SAR ADC的速度受限于： 1、DAC的建立时间，在这段时间内必须稳定在整个转换器的分辨率以内(如：1／2 LSB)。 2、比较器，必须在规定的时间内能够分辨VIN与VDAC的微小差异。 3、逻辑开销。