ADC架构II：逐次逼近型ADC

理解逐次逼近寄存器型ADC：与其它类型ADC 的架构对比Jul 02, 2009摘要：逐次逼近寄存器型(SAR)模数转换器(ADC)占据着大部分的中等至高分辨率ADC市场。

SAR ADC的采样速率最高可达5Msps，分辨率为8位至18位。

SAR架构允许高性能、低功耗ADC采用小尺寸封装，适合对尺寸要求严格的系统。

本文说明了SAR ADC的工作原理，采用二进制搜索算法，对输入信号进行转换。

本文还给出了SAR ADC的核心架构，即电容式DAC和高速比较器。

最后，对SAR架构与流水线、闪速型以及Σ-Δ ADC进行了对比。

引言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(V IN)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(V DAC)被设为V REF/2，V REF是提供给ADC的基准电压。

然后，比较判断V IN是小于还是大于V DAC。

如果V IN大于V DAC，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V IN小于V DAC，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。

图1. 简单的N位SAR ADC架构图2给出了一个4位转换示例，y轴(和图中的粗线)表示DAC的输出电压。

本例中，第一次比较表明V IN < V DAC。

所以，位3置为0。

然后DAC被置为01002，并执行第二次比较。

由于V IN > V DAC，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V IN > V DAC，位0确定为1。

ADC芯片介绍ADC，即模数转换器（Analog-to-Digital Converter），是一种将模拟信号转换成数字信号的电子设备。

它是数字系统中的重要组成部分，广泛应用于通信系统、仪器仪表、工业自动化、医疗设备等领域。

本文将介绍ADC芯片的基本原理、分类、特点以及应用领域等相关内容。

一、ADC芯片的基本原理1.采样：采样是指将模拟信号在一定时间间隔内取样，即在一段时间内获取一系列的模拟信号值。

采样过程中需要考虑采样频率和抗混叠滤波等问题。

2.量化：量化是指将采样到的模拟信号值转换为具有离散数值的数字信号。

量化过程中需要确定量化位数和量化级数等参数，并利用ADC芯片内部的比较器和计数器等电路实现。

通过采样和量化两个过程，ADC芯片可以将模拟信号转换为数字信号，进而被数字系统所处理。

二、ADC芯片的分类根据其工作原理和结构，ADC芯片可以分为几种不同的类型。

1.逐次逼近型ADC：逐次逼近型ADC芯片是一种常见的ADC芯片类型，它通过逐次逼近的方式进行模拟信号到数字信号的转换。

逐次逼近型ADC芯片具有较高的分辨率和较低的功耗，适用于对精度要求较高的应用领域。

2.并行型ADC：并行型ADC芯片是一种将模拟信号同时转换为多个比特的数字信号的ADC芯片类型。

它具有高速和高精度的特点，但功耗较大。

并行型ADC芯片适用于对采样速度要求较高的应用场景，如通信系统中的信号处理和无线电频谱分析等。

3. Sigma-Delta型ADC：Sigma-Delta型ADC芯片主要应用于对信噪比要求较高的应用场景。

它通过过采样和累积量化的方式实现高精度的模数转换。

Sigma-Delta型ADC芯片适用于音频处理、音频编解码等领域。

三、ADC芯片的特点1.分辨率高：ADC芯片的分辨率是指其能够表示的电压值的最小差值。

分辨率越高，ADC芯片对模拟信号的转换精度越高。

2.采样速度快：ADC芯片的采样速度是指其每秒钟能够进行的采样次数。

常用的几种类型的ADC基本原理及特点ADC（Analog-to-Digital Converter）是将模拟信号转换为数字信号的电路设备。

常用的几种类型的ADC包括逐次逼近型ADC、闲置型ADC、逐次逼近逐比例型ADC和Σ-Δ ADC。

以下将对这几种ADC的基本原理及特点进行详细介绍。

1.逐次逼近型ADC：逐次逼近型ADC是一种较为常见的ADC类型，它的基本原理是通过逐步逼近的方式将输入的模拟信号转换为数字信号。

它的特点如下：-逐次逼近型ADC采用“二分法”的思路进行逼近，通过与参考电压的比较，逐渐缩小量化的范围，最终得到相应的数字编码。

-逐次逼近型ADC的精度受到量化误差的影响，即使进行足够多次的逼近，也无法完全消除量化误差。

-逐次逼近型ADC可以通过增加逼近的次数来提高精度，但这也会增加转换的时间。

-逐次逼近型ADC适用于中等精度要求的应用场景，如音频信号的采集与处理。

2.闲置型ADC：闲置型ADC是一种高效率、低功耗的ADC类型，其基本原理是通过比较参考电压和输入信号的大小来进行转换。

它的特点如下：-闲置型ADC通过比较器和逻辑电路进行信号转换，具有较快的转换速度和较低的功耗。

-闲置型ADC的精度受到比较器的精度限制，比较器的噪声和非线性等因素会对转换精度产生影响。

-闲置型ADC适用于要求高速转换和低功耗的应用场景，如无线通信系统和嵌入式系统。

3.逐次逼近逐比例型ADC：逐次逼近逐比例型ADC是一种综合了逐次逼近和闲置两种ADC的优点的混合型ADC，其基本原理是通过逼近和比例两个步骤完成信号的转换。

它的特点如下：-逐次逼近逐比例型ADC先进行逐步逼近的过程，然后在逼近的基础上通过比例运算进行转换，可以提高转换的精度。

-逐次逼近逐比例型ADC的特点与逐次逼近型ADC和闲置型ADC相结合，既具有逐次逼近型ADC的高精度，又具有闲置型ADC的高效率和低功耗。

-逐次逼近逐比例型ADC适用于对高分辨率和高速转换要求的应用，如高性能音频处理和图像采集。

高精度逐次逼近型ADC及其校准技术研究高精度逐次逼近型ADC及其校准技术研究摘要：随着科技的发展和应用领域的不断拓展，对高精度逐次逼近型模数转换器（ADC）的需求逐渐增加。

本文重点研究了高精度逐次逼近型ADC的原理及其校准技术，通过对ADC的电路结构、工作原理和误差来源的深入分析，提出了一种改进的校准技术，能够有效提高ADC的精度和稳定性。

实验结果表明，该校准技术能够显著降低ADC的非线性误差和增益误差，从而提高了ADC的性能。

关键词：逐次逼近型ADC；校准技术；非线性误差；增益误差1. 引言逐次逼近型ADC是一种常见的模数转换器，广泛应用于各个领域，如通信、仪器仪表、工业自动化等。

然而，由于制造工艺和温度等因素的影响，ADC存在一定的非线性误差和增益误差。

为了提高ADC的精度和稳定性，研究高精度逐次逼近型ADC及其校准技术具有重要的意义。

2. 逐次逼近型ADC的工作原理逐次逼近型ADC是一种基于比较器的模数转换器，其工作原理如下：首先，将模拟输入信号与DAC输出信号进行比较，得到比较结果。

然后，将比较结果与中间值进行比较，判断比较结果是否大于中间值。

如果大于中间值，则在DAC输出信号对应的位置加上一半的量化步长；如果小于中间值，则在DAC输出信号对应的位置减去一半的量化步长。

重复以上步骤，直到输出的数字代码满足预定的精度要求。

3. 高精度逐次逼近型ADC的误差来源高精度逐次逼近型ADC的误差主要来自于非线性误差和增益误差。

3.1 非线性误差非线性误差是指ADC的输出与输入之间的关系不符合直线关系。

非线性误差会导致ADC输出码与实际输入信号之间存在偏差，从而降低了ADC的精度和准确性。

非线性误差的主要原因包括比较器的非线性特性、电容的不匹配等。

3.2 增益误差增益误差是指ADC的输入电压与输出码之间的比例关系不准确。

增益误差会导致ADC输出码不符合预期的数字量化规律，从而降低了ADC的测量精度。

电流定标型逐次逼近adc的工作原理下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

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逐次逼近型ADC其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。

若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。

设待秤重量Wx = 13克，可以用下表步骤来秤量：首先把待称重的重物放在托盘上，在另外一边的托盘上首先放上8克的砝码，8克砝码小于待测物体总重13克，所以保存该砝码；第二步将4克砝码放在托盘上，砝码总重为8+4=12克，小于待测物体总重，所以也保存；第三步将2克砝码放在托盘上，砝码总重为8+4+2=14克，大于待测物体总重，所以将2克砝码撤除；第四步将1克砝码放在托盘上，砝码总重为13克，等于待测物体总重，所以保存；最后得到待测物体为13克。

AD的转换过程与上述过程类似，每次加载砝码的过程受到一个时钟脉冲CP的控制，在AD中不存在砝码，而是采用DA转换器的输出做为上面例子中砝码的重量，而比较器就是天平。

其工作流程框图如下列图所示：今以四位逐次逼近型ADC为例(设输入电压Ux=5.52 V，D/A转换器的参考电压UR=－8 V)，分析其转换过程。

第一个脉冲CP到来时，使逐次逼近存放器的最高位d3置1，其余位为0，即存放器状态d3d2d1d0=1000,由式(9.4.1)得D/A转换器的输出电压为因UoUx,故比较器输出高电平，d2位置的1被取消变为0。

第三个脉冲CP到来时，d1置1，此时存放器状态d3d2d1d0=1010，D/A转换器的输出电压Uo=8/16×10=5 V，因Uo<Ux，故比较器输出低电平，d1位置的1被保留。

第四个脉冲CP到来时，d0置1，此时寄存器状态d3d2d1d0=1011，D/A转换器的输出电压Uo=8/16×11=5.5 V，因Uo<Ux,故比较器输出低电平，d0位置的1被保留。

这样，经过四个脉冲就完成了一次转换，将输入的5.52 V模拟电压转换为数字量1011。

上例中转换误差为0.02 V。

误差取决于转换器的位数，位数越多，误差越小。

ADC的结构方案概述ADC，即模数转换器（Analog-to-Digital Converter），是将模拟信号转换为数字信号的一种电子设备。

在现代电子技术中，ADC广泛应用于各个领域，如通信、控制系统、医疗设备等。

ADC的结构设计有多种方案，本文将对其中的几种典型结构进行概述和介绍。

1.逐次逼近型ADC逐次逼近型ADC是最常见的一种结构方案。

它采用一个逐次逼近算法，从最高位开始逐步逼近输入信号的大小。

该结构主要包括一个比较器、一个数字-模拟转换器和一个数字逻辑控制器。

在每个时钟周期内，逻辑控制器生成一个比较阈值，并将其与输入信号进行比较。

根据比较结果，控制器调整阈值，逐步逼近输入信号的大小，直至达到所需精度。

逐次逼近型ADC的优点是结构简单、实现容易。

缺点是转换速度较慢，适用于低速应用场景。

2.并行型ADC并行型ADC是一种高速的转换器结构方案。

它使用多个比较器并行工作，将输入信号划分成多个子区间，然后分别进行转换。

每个子区间由一个比较器和一个数字-模拟转换器处理。

最后，将各个子区间的数字结果合并，得到最终的转换结果。

并行型ADC的优点是高速、高精度，适用于需要高速转换的应用。

缺点是硬件成本高，布线复杂。

3. Sigma-Delta型ADCSigma-Delta型ADC是一种低速高精度的转换器方案，常用于声音和音频信号的数字化处理。

它利用了噪声和过采样的技术，将输入信号与一个高频的参考信号进行混合，并通过一个积分运算器对混合信号进行积分平均。

通过高频参考信号的累积效应，有效抑制了噪声对转换结果的影响。

最后，通过一个数字滤波器对输出进行滤波，得到最终的数字结果。

Sigma-Delta型ADC的优点是高精度、抗干扰能力强。

缺点是转换速度较慢，不适用于高速应用。

4.均匀量化型ADC均匀量化型ADC是一种基于均匀量化原理的转换器方案。

它采用一个多电平比较器和一个分级量化器进行转换。

多电平比较器将输入信号与一组参考电平进行比较，然后将比较结果转化为数字码。

高动态范围ADC：逐次逼近型抑或Σ-Δ型？工业、仪器仪表和医疗设备中使用的高性能数据采集信号链需要宽动态范围和高精度。

通过增加可编程增益放大器，或者并联使用多个ADC，然后利用数字后处理对结果进行平均，可以提高ADC 的动态范围，但受制于功耗、空间和成本，这些方法可能不切实际。

过采样技术不仅能让ADC 以低成本实现高动态范围，而且解决了空间、热和功耗设计方面的难题。

过采样是以大幅高于奈奎斯特速率(两倍信号带宽)的速率对输入信号进行采样，从而提升信噪比(SNR)和有效位数(ENOB)。

当ADC 过采样时，量化噪声会扩展，使其大部分出现在目标带宽以外，从而增加较低频率下的整体动态范围。

利用数字后处理可以消除目标带宽之外的噪声，如图1 所示。

过采样比(OSR)等于采样速率除以奈奎斯特速率。

过采样引起的动态范围增加量(&Delta;DR)可计算如下：&Delta;DR = log2(OSR) 乘以 3 dB。

例如，对ADC 进行4 倍过采样可增加6 dB 的动态范围或多提供1 位分辨率。

图1 . 奈奎斯特ADC 过采样多数集成数字滤波器的&Sigma;-&Delta;型ADC 原本就可以实现过采样特性，调制器时钟速率通常是信号带宽的32 到256 倍，但对于需要快速切换输入通道的应用，可用的&Sigma;-&Delta;型ADC 很有限。

SAR 型架构没有延时或流水线延迟，支持高速控制环路和输入通道快速切换，并且其高吞吐速率也允许过采样。

虽然这两种ADC 拓扑结构都能精确地测量低频信号，但SAR 型ADC 的功耗与吞吐速率成正比，而&Sigma;-&Delta;型ADC 的功耗通常是固定的，相比之下，前者的功耗至少要低50%。

ADI 公司的5 MSPS、18 位SAR 型ADC AD7960 就是一个例子，它具有高吞吐速率和线性功耗变化特性。

数字电子技术（第2版）– 216 – 分成n 级，每级规定一个基准电平值，然后将阶梯电平分别归并到最邻近的基准电平上去，这一过程称为量化，量化中的基准电平称为量化电平。

量化后，有限个量化值便可用n 位二进制数对应描述。

这种用二进制数码来表示各个量化电平的过程称为编码。

将模拟电压划分为不同的量化等级一般有两种方法：只舍不入法和四舍五入法。

图7-9表示了两种不同的量化编码方法。

图7-9 两种量化编码方法的比较 ADC 按信号转换形式可分为直接ADC 和间接ADC 两大类。

在直接ADC 中，输入模拟信号直接被转换成相应的数字信号，如逐次逼近型ADC 和并行比较型ADC 等，其特点是工作速度高，转换精度容易保证，调准也比较方便。

而在间接ADC 中，输入模拟信号先被转换成某种中间变量（如时间、频率等），然后再将中间变量转换为最后的数字量，如双积分型ADC 等，其特点是工作速度较低，但转换精度可以做得较高，且抗干扰性强，一般在测试仪表中用得较多。

下面介绍常用的两种ADC 和一种常用的集成电路组件。

7.2.2 逐次逼近型ADC逐次逼近型A/D 转换器的结构框图如图7-10所示，它包括4个部分：比较器、DAC 、逐次逼近寄存器和控制逻辑。

图7-10 逐次逼近型ADC 方框图逐次逼近型A/D 转换器的工作原理和天平称东西重量的过程很相似。

它是将大小不同的参考电压与输入模拟电压逐步进行比较，比较结果以相应的二进制代码表示。

转换前先将寄存器清零。

转换开始后，控制逻辑将寄存器的最高位置为1，使其输出为100…0。

这个数码被D/A 转换器转换成相应的模拟电压u o ，送到比较器与输入u i 进行比较。

若u o ＞u i ，说明寄四舍五入法只舍不入法。

adc的种类工作原理和用途ADC（Analog-to-Digital Converter）即模数转换器，是一种电子设备，用于将连续的模拟信号转换成离散的数字信号。

ADC在现代电子设备中得到了广泛的应用，下面将详细介绍ADC的种类、工作原理和用途。

一、ADC的种类根据其工作原理和结构，ADC可以分为以下几种主要类型：1. 逐次逼近式（Successive Approximation）ADC：逐次逼近式ADC 采用逼近法对输入模拟信号进行逐级逼近，最终得到一个数字输出。

它通过与模拟输入进行比较，并根据比较结果逐步逼近输入信号的真实值。

逐次逼近式ADC是一种广泛应用的ADC类型，具有较高的转换速度和较低的功耗。

2. 并行式ADC（Parallel ADC）：并行式ADC将模拟信号按位数进行分割，每个位数均通过特定的电路进行转换，最后将结果合并成一个完整的数字输出。

并行式ADC具有较高的转换速度，但由于其需要大量的电路，使得成本和功耗较高。

3. 逐次逼近型逐次逼近系统（Pipeline ADC）：逐次逼近型逐次逼近系统采用多级的逐次逼近ADC进行串联，以提高整个系统的转换速度。

每个电路将输入信号一次逼近一位，并将逼近结果传到下一级，直到最终得到完整的数字输出。

逐次逼近型逐次逼近系统ADC具有较高的转换速度和较低的功耗，广泛应用于高速数据转换领域。

4. Sigma-Delta ADC：Sigma-Delta ADC采用了过采样和噪声整形的技术，通过对输入信号进行高速取样，然后通过滤波器和数字处理器来获取高精度的输出。

Sigma-Delta ADC具有较高的转换精度和动态范围，常用于音频和通信等领域。

二、ADC的工作原理ADC的工作原理主要是将模拟信号经过一系列的步骤转换成数字信号。

以下是一般ADC的工作流程：1.采样：将模拟信号在采样保持电路中进行取样，将连续的模拟信号转换为离散的样本。

2.量化：将采样后的模拟信号转换为相应的数字数值。

逐次逼近adc 原理ADC（模数转换器）是一种电子器件，用于将模拟电信号转换为数字信号。

它在各种应用领域中广泛使用，包括通信、计算机、音频、视频和测量等。

ADC原理是基于采样和量化两个步骤。

在采样过程中，模拟输入信号通过采样开关进行采样，得到一系列离散时间点上的采样值。

在量化过程中，采样值经过量化器转换为对应的数字值。

具体到逐次逼近ADC原理，它是一种常见的ADC实现方法。

它的工作原理可以分为多个步骤。

首先，逐次逼近ADC需要一个参考电压作为参考，在电路中通常通过稳压器等方式提供。

参考电压是一个已知的固定电压值，用来作为ADC的基准。

其次，逐次逼近ADC通过逐步逼近的方式来对输入信号进行量化。

整个量化过程分为多个时钟周期，每个时钟周期处理一位二进制码。

ADC内部有一个运算放大器，它的输出与输入信号进行比较，判断输入信号是否在量化范围内。

在逐次逼近ADC的第一个时钟周期中，输入信号被与参考电压进行比较。

如果输入信号大于参考电压的一半，则该量化位被置1，否则被置为0。

接着，ADC 会将该比较结果与已有的量化结果进行结合。

在后续的时钟周期中，ADC会通过逐位逼近的方式对剩余的未量化位进行量化。

在每个时钟周期中，ADC会将当前参考电压的一半与运算放大器的输出进行比较，根据比较结果确定该位是1还是0，并继续更新已有的量化结果。

这个过程会一直进行下去，直到所有位被量化完成。

最终得到的数字值就是输入信号在ADC的量化结果。

逐次逼近ADC有几个特点：首先，它的量化精度与时钟周期数相关。

时钟周期越多，量化精度越高，但是转换速度也越慢。

其次，逐次逼近ADC具有较低的功耗。

因为它是通过逐位逼近的方式进行量化，只有正在处理的那一位需要进行比较，其他位则处于低功耗模式。

此外，逐次逼近ADC还具有较高的线性度和稳定性。

因为量化过程是逐位进行的，可以在每一位上进行精确的比较和调整，从而提高线性度和稳定性。

总结来说，逐次逼近ADC是一种常见的模数转换器，它通过逐步逼近的方式对输入信号进行量化。

逐次逼近型ADC：确保首次转换有效 最高18位分辨率、10 MSPS 采样速率的逐次逼近型模数转换器（ADC）可以满足许多数据采集应用的需求，包括便携式、工业、医疗和通信应用。

本文介绍如何初始化逐次逼近型ADC 以实现有效转换。

逐次逼近型架构 逐次逼近型ADC由4个主要子电路构成：采样保持放大器（SHA）、模拟比较器、参考数模转换器（DAC）和逐次逼近型寄存器（SAR）。

由于SAR 控制着转换器的运行，因此，逐次逼近型转换器一般称为SAR ADC。

图1 基本SAR ADC 架构 在上电和初始化之后，CONVERT 上的一个信号会启动转换。

开关闭合，将模拟输入连接至SHA，后者获得输入电压。

当开关断开时，比较器将确定模拟输入（此时存储于保持电容）是大于还是小于DAC 电压。

开始时，最高有效位（MSB）开启，将DAC 输出电压设为中间电平。

在比较器输出建立之后，如果DAC 输出大于模拟输入，逐次逼近寄存器将关闭MSB；如果输出小于模拟输入，则会使其保持开启。

下一个最高有效位会重复这一过程，如果比较器确定DAC 输出大于模拟输入，则关闭MSB；如果输出小于模拟输入，则会使其保持开启。

这个二进制搜索过程将持续下去，直到寄存器中的每一位都测试完毕为止。

结果得到的DAC 输入是采样输入电压的数字近似值，并由ADC 在转换结束时输出。

与SAR转换代码相关的因素 本文将讨论与有效首次转换相关的下列因素： 电源顺序（AD765x-1） 访问控制（AD7367） RESET （AD765x-1/AD7606） REFIN/REFOUT （AD765x-1） 模拟输入建立时间（AD7606） 模拟输入范围（AD7960） 省电/待机模式（AD760x） 延迟（AD7682/AD7689、AD7766/AD7767） 数字接口时序 电源序列 些采用多个电源的ADC拥有明确的上电序列。

AN-932 应用笔记电源序列列为这些ADC电源的设计提供了良好的参考。

adc电压采样电路ADC（模数转换器）是将模拟信号转换为数字信号的一种设备或电路。

在电子系统中，ADC电压采样电路是一种重要的电路，用于将模拟输入信号转换为数字输出信号。

本文将介绍ADC电压采样电路的原理、应用和特点。

一、原理ADC电压采样电路的原理是通过将模拟输入信号与参考电压进行比较，然后将比较结果转换为数字输出信号。

具体的实现方式有多种，常见的有逐次逼近型ADC和闪存型ADC。

1. 逐次逼近型ADC逐次逼近型ADC是一种常用的ADC电压采样电路。

它采用逐步逼近的方法，通过与参考电压进行比较，逐渐逼近输入信号的真实值。

逐次逼近型ADC的精度通常由比较次数决定，比较次数越多，精度越高。

但是，逐次逼近型ADC的转换速度相对较慢。

2. 闪存型ADC闪存型ADC是一种高速的ADC电压采样电路。

它通过将输入信号与参考电压进行比较，然后直接转换为数字输出信号。

闪存型ADC 的转换速度非常快，但是成本较高，适用于对速度要求较高的应用场景。

二、应用ADC电压采样电路在电子系统中有广泛的应用。

以下是几个常见的应用场景：1. 传感器信号采集在许多传感器应用中，需要将传感器输出的模拟信号转换为数字信号进行处理。

ADC电压采样电路可以实现传感器信号的快速、精确采集，从而满足系统对信号处理的要求。

2. 数据采集系统在数据采集系统中，需要将模拟输入信号转换为数字信号进行存储和处理。

ADC电压采样电路可以将模拟输入信号转换为数字输出信号，方便进行后续的数据处理。

3. 通信系统在无线通信系统中，需要将模拟音频信号转换为数字信号进行传输。

ADC电压采样电路可以将模拟音频信号转换为数字信号，然后通过数字通信系统进行传输和处理。

三、特点ADC电压采样电路具有以下特点：1. 高精度ADC电压采样电路可以实现高精度的模拟信号转换，通常能够达到几位甚至十几位的转换精度，满足对信号精度要求较高的应用场景。

2. 高速度闪存型ADC可以实现非常高的转换速度，适用于对速度要求较高的应用场景。

1 逐次逼近 A/D 转换器
转换器的最高有效位 B1 位在采样后的第一个周期后产 生，B2 位是在第二个周期后产生的，直到 BN 的产生。因此，一 个逐次逼近转换器至少需要 N 个时钟周期来完成转换。一个 用逐次逼近方法完成的有符号转换的流程图如图 1 所示。
为了逐次逼近 A/D 转换器基本结构如图 2 所示，是一个 单极逐次逼近 A/D 转换器。包含了采样保持电路、比较器电 路、逐次逼近控制逻辑部分以及 D/A 电路结构。其中，这个 D/ A 转换器直接影响 A/D 转换器的转换精度和转换速度。首先， 为了得到最高位 DN-1 的输出，SAR 逻辑控制电路将 DN-1 置“1”， VS/H 与 DN-1Vref/21 进行比较，如果比较器输出高电平，则 DN-1
图 3 3-bit SARADC 工作原理图
2 主要类型
本文根据内部 SARADC 系统中 D/A 转换器结构的不同， SAR A/D 转换器可以分为奈奎斯特 DAC 和过采样 DAC。而奈 奎斯特 DAC 又可以分为电荷标定型、电压标定型、电流标定 型、权电阻型等。 下面将分别介绍电荷标定型和双级权电阻 型工作原理。
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理论与算法
2019.07
ห้องสมุดไป่ตู้
位产生为止。当确定第 DN-k 位时，基准参考电压可以表示为 ： DN-1Vref/21 + DN-2Vref/22+ …+DN-kVref/2k，其中 N 代表的是 转换器的精度，DN-1~DN-k+1 为已产生的数字位。
图 3 以一种 3 位 SAR ADC 为例再次介绍逐次逼近的工作 原理。其中，VS/H 是输入信号的采样值，VDAC 表示二进制的基 准参考电压。该图中的数字输出为“101”，对应着基准电压是 5Vref/8。第一次比较阶段，V 保持大于 Vref/2 数字输出为“1”； 第二次比较阶段，V 保持小于 3Vref/4 输出为“0”；第三次比 较阶段，V 保持大于 5Vref/8 输出为“1”。每输出一位数字输出， 其电压的搜索范围都会减小为原来的一半。类似于算法中的 二分法搜索，从而实现逐次逼近过程。

ADC分类ADC分类1、闪速型2、逐次逼近型3、Sigma-Delta型1. 闪速ADC闪速ADC是转换速率最快的一类ADC。

闪速ADC在每个电压阶跃中使用一个比较器和一组电阻。

2. 逐次逼近ADC逐次逼近转换器采用一个比较器和计数逻辑器件完成转换。

转换的第一步是检验输入是否高于参考电压的一半，如果高于，将输出的最高有效位(MSB)置为1。

然后输入值减去输出参考电压的一半，再检验得到的结果是否大于参考电压的1/4，依此类推直至所有的输出位均置“1”或清零。

逐次逼近ADC所需的时钟周期与执行转换所需的输出位数相同。

3. Sigma-delta ADCSigma-delta ADC采用1位DAC、滤波和附加采样来实现非常精确的转换，转换精度取决于参考输入和输入时钟频率。

Sigma -delta转换器的主要优势在于其较高的分辨率。

闪速和逐次逼近ADC采用并联电阻或串联电阻，这些方法的问题在于电阻的精确度将直接影响转换结果的精确度。

尽管新式ADC采用非常精确的激光微调电阻网络，但在电阻并联中仍然不甚精确。

sigma-delta转换器中不存在电阻并联，但通过若干次采样可得到收敛的结果。

Sigma-delta转换器的主要劣势在于其转换速率。

由于该转换器的工作机理是对输入进行附加采样，因此转换需要耗费更多的时钟周期。

在给定的时钟速率条件下，Sigma-delta转换器的速率低于其它类型的转换器；或从另一角度而言，对于给定的转换速率，Sigma-delta转换器需要更高的时钟频率。

Sigma-delta转换器的另一劣势在于将占空(duty cycle)信息转换为数字输出字的数字滤波器的结构很复杂，但Sigma-delta转换器因其具有在IC裸片上添加数字滤波器或DSP功能而日益得到广泛应用。

逐次逼近寄存器型ADC设计报告组员（学号）：王迪（********）高超（20083507）韩吉祥（20083506）曹天一（20083510）专业（年级）：集成电路设计与集成系统课程名称：逐次逼近寄存器型ADC提交日期：一、组员分工：二、项目设计要求：设计一个12bit逐次逼近寄存器型模数转换器SAR ADC 三、项目参数要求：四、项目设计内容：1. 逐次逼近寄存器型模数转换器（SAR ADC）整体结构：2. 逐次逼近寄存器型模数转换器（SAR ADC）的特点及应用：特点：中级转换速度，低功耗，高精度，小尺寸应用：便携式仪表、笔输入量化器，工业控制和数据/信号采集器等3. 逐次逼近寄存器型模数转换器（SAR ADC）工作原理：SAR ADC其基本结构如图1所示，包括采样保持电路(S/H)、比较器(COMPARE)、数/模转换器(DAC)、逐次逼近寄存器(SAR REGISTER)和逻辑控制单元(SAR LOGIC)。

模拟输入电压V IN由采样保持电路采样并保持，为实现二进制搜索算法，首先由SAR LOGIC控制N位寄存器设置在中间刻度，即令最高有效位MSB为“1”电平而其余位均为“0”电平，此时数字模拟转换器DAC输出电压V DAC为0.5V REF，其中V REF为提供给ADC的基准电压。

由比较器对V IN 和V DAC进行比较，若V IN>V DAC，则比较器输出“1”电平，N位寄存器的MSB 保持“1”电平；反之，若V IN<V DAC，则比较器输出“0”电平，N位寄存器的MSB被置为“0”电平。

一次比较结束后，MSB被置为相应的电平，同时逻辑控制单元移至次高位并将其置“1”，其余位置“0”，进行下一次比较，直至最低有效位LSB比较完毕。

整个过程结束，即完成了一次模拟量到数字量的转换，N 位转换结果存储在寄存器内，并由此最终输出所转化模拟量的数字码。

4. 逐次逼近寄存器型模数转换器（SAR ADC）各子模块设计：子模块1：比较器（COMPARE）（1）电路结构：(给出电路结构图)（2）工作原理：电路为两级运算放大器，第一级是电流镜做负载的差分放大器。

多种ADC的分析比较A/D转换技术现在的软件无线电、数字图像采集都需要有高速的A/D采样保证有效性和精度，一般的测控系统也希望在精度上有所突破，人类数字化的浪潮推动了A/D转换器不断变革，而A/D转换器是人类实现数字化的先锋。

逐次逼近型、积分型、压频变换型等，主要应用于中速或较低速、中等精度的数据采集和智能仪器中。

分级型和流水线型ADC 主要应用于高速情况下的瞬态信号处理、快速波形存储与记录、高速数据采集、视频信号量化及高速数字通讯技术等领域。

此外，采用脉动型和折叠型等结构的高速ADC，可应用于广播卫星中的基带解调等方面。

∑-Δ型ADC主应用于高精度数据采集特别是数字音响系统、多媒体、地震勘探仪器、声纳等电子测量领域。

下面对各种类型的ADC 作简要介绍。

1.逐次逼近型ADC逐次逼近型ADC应用非常广泛的模/数转换方法，它包括1个比较器、1个数模转换器、1个逐次逼近寄存器(SAR)和1个逻辑控制单元。

它是将采样输入信号与已知电压不断进行比较，1个时钟周期完成1位转换，N位转换需要N个时钟周期，转换完成，输出二进制数。

这一类型ADC的分辨率和采样速率是相互矛盾的，分辨率低时采样速率较高，要提高分辨率，采样速率就会受到限制。

优点：分辨率低于12位时，价格较低，采样速率可达1MSPS;与其它ADC相比，功耗相当低。

缺点：在高于14位分辨率情况下，价格较高;传感器产生的信号在进行模/数转换之前需要进行调理，包括增益级和滤波，这样会明显增加成本。

2.积分型ADC积分型ADC又称为双斜率或多斜率ADC，它的应用也比较广泛。

它由1个带有输入切换开关的模拟积分器、1个比较器和1个计数单元构成，通过两次积分将输入的模拟电压转换成与其平均值成正比的时间间隔。

与此同时，在此时间间隔内利用计数器对时钟脉冲进行计数，从而实现A/D转换。

积分型ADC两次积分的时间都是利用同一个时钟发生器和计数器来确定，因此所得到的D表达式与时钟频率无关，其转换精度只取决于参考电压VR。