SAR ADC是由哪些部分组成的？SAR ADC二分搜索的工作方式

介绍

模数转换器（ADC）将模拟电压转换为数字（用于计算机，如微控制器）。ADC具有特定的分辨率，以及正基准电压和负基准电压。例如，10位ADC将输入电压转换为0-1023之间的数字（1023是可以用10位表示的最大数字）。

如果负基准电压为0V，正基准电压为5V，则ADC结果为0表示0V，ADC结果为1023表示5V。ADC结果为511意味着2.5V，依此类推。每个数值步长（分辨率）相当于大约4.9mV （5V/1024）。

存在许多不同类型的ADC，在本文中，我们将研究逐次逼近[寄存器]或SAR ADC。SAR ADC是微控制器中最常见的类型，可为典型分辨率提供良好（相对较快）的转换时间（低延迟）。

SAR ADC组成

（1）采样保持电路

（2）DAC（数字模拟转换器）

（3）比较器

(驱动DAC的逐次逼近寄存器本身可以被看作是第四个组成部分）

采样保持电路采集输入电压的样本，然后在转换完成时将其存储（保持恒定和稳定）。从概念上讲，这只是一个开关和一个电容器;开关闭合，将电容充电至输入电压，然后再次开路，让电容保持采样电压。

实际上，一些缓冲运算放大器（参见我们的运算放大器文章）用于防止电压失真。

开关通过一个晶体管实现。

然后使用DAC和比较器执行二分搜索算法以近似输入值。

二分搜索算法

SAR ADC二分搜索的工作方式相同，使用DAC生成要搜索的数字集，并使用比较器将输入值与当前搜索位置进行比较。

假设我们有一个4位ADC，分辨率为16步（值0-15），正基准电压为+5V（负基准电压为0V），输入电压为3.6V。

我们从逐次逼近寄存器中的二进制值1000开始，也就是十进制的8（刚刚超过一半）。

DAC的输出电压是2.67V（8/15 x 5V）。比较器检查并发现3.6V的输入电压>2.67V，所以我们将第3位保留为1，并继续到第2位，现在我们也将其设置为1（当我们移动到下一个位时，我们总是将其设置为1）。

现在DAC的输出是4V，所以比较器检查并看到3.6V的输入<4V，所以我们把位2设置为0，并移到位1，也设置为1。

现在DAC的输出是3.33V，所以比较器检查并看到3.6V的输入>3.3V，所以我们将位1保留为1，并转到位0，也将其设置为1。

DAC的输出现在是3.67V，所以比较器检查并看到3.6V的输入<3.67V，所以我们把位0设置为0，现在转换完成。

4位ADC上的3.6V输入、正基准电压为+5V（负基准电压为0V）转换为二进制值1010（十进制10）。

换一种方式展示，这个过程如下所示：

下面是另一个例子，输入电压为1.10V：

请注意，二分搜索算法始终需要固定数量的步骤才能完成，这意味着运行转换始终需要相同的时间。

总结

SAR ADC是一种流行的模数转换器类型，对于典型分辨率具有相对较快的转换时间。由于这些ADC使用的二进制搜索算法始终采用固定的步数，因此转换时间是可预测的。

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