循續漸近式類比數位轉換器是一種模數轉換器，它通過二進制搜尋將連續模擬波形轉換為離散數字表示，通過所有可能的量化級別，最終收斂於每次轉換的數字輸出。
基本介紹
- 中文名：循續漸近式類比數位轉換器
- 外文名：Successive approximation ADC
- 本質：一種模數轉換器
簡介,原理,電荷再分配循續漸近式類比數位轉換器,
簡介
圖一解釋：
圖一
圖一DAC =數模轉換器
EOC =轉換結束
SAR =逐次逼近暫存器
S / H =採樣和保持電路
Vin =輸入電壓
Vref =參考電壓
原理
循續漸近式類比數位轉換器電路通常由四個主要子電路組成：
獲取輸入電壓(
)的採樣和持保電路。
模擬電壓比較器，將與內部DAC的輸出進行比較，並將比較結果輸出到逐次漸近暫存器（SAR）。
逐次漸近暫存器子電路，用於向內部DAC提供的近似數字代碼。
內部參考DAC，與
相比，為比較器提供的模擬電壓等於
的數字代碼輸出。
逐次漸近暫存器被初始化，以便最高有效位（MSB）等於數字1.該代碼被送入DAC，然後DAC將該數字代碼（Vref / 2）的模擬等效電路提供給比較器電路。與採樣輸入電壓進行比較。如果該模擬電壓超過，則比較器使SAR復位該位;否則，該位保留為1.然後將下一位設定為1並進行相同的測試，繼續該二進制搜尋，直到SAR中的每個位都已經過測試。得到的代碼是採樣輸入電壓的數字近似值，最後在轉換結束時由SAR輸出（EOC）。
在數學上，設
，因此[-1,1]中的
是歸一化的輸入電壓。目標是將x近似數位化，精度為
。算法如下：
初始近似值
。
其中，
是符號函式（
）（對於x≥0為+1，對於x <0為-1）。它遵循使用
的數學歸納法≤1/ 2n。
如上述算法所示，SAR ADC需要：
輸入源電壓。
參考電源壓，用於歸一化輸入。
用於將第
個近似值
轉換為電壓的DAC。
通過比較DAC的電壓和輸入電壓來執行函式
的比較器。
一個暫存器，用於存儲比較器的輸出並套用到公式
。
示例：此處顯示了使用逐次逼近將模擬輸入轉換為10位數字的十個步驟，適用於0.1 V疊代中5 V至0 V的所有電壓。由於參考電壓為5 V，當輸入電壓也為5 V時，所有位都會置1。當電壓降至4.9 V時，僅清除一些最低有效位。 MSB將保持置位狀態，直到輸入為參考電壓的一半，即2.5 V.
圖二
圖二從MSB開始，分配給每個比特的二進制權重是2.5,1.25,0.625,0.3125,0.15625,0.078125,0.0390625,0.01953125,0.009765625,0.0048828125。所有這些加起來為4.9951171875，意思是二進制1111111111，或一個小於5的LSB。
當模擬輸入與內部DAC輸出進行比較時，它會有效地與每個二進制權重進行比較，從2.5 V開始並保持或清除結果。然後，通過將下一個權重添加到先前結果，再次進行比較，並重複直到將所有比特及其權重與輸入進行比較，找到表示模擬輸入的二進制數。
電荷再分配循續漸近式類比數位轉換器
配循續漸近式類比數位轉換器的最常見實現之一，即電荷再分配循續漸近式類比數位轉換器，使用電荷調節DAC。電荷調節DAC僅由一組單獨切換的二進制加權電容器組成。陣列中每個電容器上的電荷量用於結合DAC內部的比較器和逐次逼近暫存器執行上述二進制搜尋。
首先，電容器陣列完全放電到比較器的偏移電壓
。該步驟提供自動偏移消除（即，偏移電壓僅代表無法由電容器處理的無用電荷）。
接下來，陣列中的所有電容器都切換到輸入信號
。電容器的電荷等於它們各自的電容乘以輸入電壓減去每個電容上的偏移電壓。
在第三步中，然後切換電容，使這個電荷施加在比較器的輸入端，產生一個等於的比較器輸入電壓。
最後，實際的轉換過程繼續進行。首先，MSB電容切換到
，這對應於ADC的滿量程範圍。由於陣列的二進制加權，MSB電容與陣列的其餘部分形成1：1的電荷分壓器。因此，比較器的輸入電壓為加
。隨後，如果大於，則比較器輸出數字1作為MSB，否則輸出數字0作為MSB。以相同的方式測試每個電容器，直到比較器輸入電壓收斂到偏移電壓，或者至少儘可能接近DAC的解析度。
