SAR ADC的工作原理是什么？SAR ADC的优点和缺点有哪些？

一、概述：

SAR ADC 是逐次逼近 ADC 的简称（successive approximation register），SAR ADC 的主要优点是低功耗、小尺寸、高精度，分辨率和速度适中，采样延时短，是一种经济型的 ADC 实现方案，故在MCU/SOC 中广泛采用。

二、SAR ADC工作原理：

SAR ADC 的基本结构包括：

采样保持电路(Sample and Hold)

比较器(Comp)

控制电路(Control)

逐次逼近寄存器及控制电路(SARLOGIC)

D／A 转换电路(DAC)

    如下图所示，假设采样的输入信号为 5.2V。ADC 的参考电压为 10V。当转换开始时，逐次逼近寄存器将最高有效位设置为 1，并将所有其他位设置为零。这意味着该值变为 1000，这意味着对于 10V 参考电压，DAC 将产生 5V 值，即参考电压的一半。现在，该电压将与输入电压进行比较，并根据比较器的输出，逐次逼近寄存器的输出将发生变化。

    这意味着如果 Vin 大于 DAC 的输出，最高有效位将保持原样，而下一位将被设置用于新的比较。否则，如果输入电压小于 DAC 值，则最高有效位将设置为零，下一位将设置为 1 以进行新的比较。现在，如果看到下图，DAC 电压为 5V，并且由于它小于输入电压，最高有效位之前的下一位将设置为 1，而其他位将设置为零，此过程将一直持续到最接近输入电压的值达到。

    这就是逐次逼近型 ADC 一次改变 1 位以确定输入电压并产生输出值的方式。无论四次迭代中的值是什么，都将从输入值中获得输出数字代码。最后，四位逐次逼近 ADC 的所有可能组合列表如下所示。

三、SAR ADC关键指标：

3.1、转换时间：

    一般来说，我们可以说对于一个 N 位 ADC，需要 N 个时钟周期，这意味着这个 ADC 的转换时间将变为： 

  Tc = N* Tclk    --------Tc 是转换时间的缩写

    SAR ADC与其他 ADC 不同的是，SAR ADC 的转换时间与输入电压无关。由于我们使用 4 位 ADC讲解，为了避免混叠效应，我们需要在 4 个连续时钟脉冲后进行采样。

3.2、速度：

    SAR ADC 的典型转换速度约为每秒 2 - 5 兆样本 (MSPS)，但很少有能达到 10 (MSPS) 的。

3.3、分辨率：

    SAR ADC 的分辨率约为 8 - 16 位，但某些类型可达 20 位。

四、SAR ADC的优点和缺点：

    与其他类型的 ADC 相比，SAR ADC 具有许多优点。它具有高精度、低功耗、易于使用且延迟时间短的特点。延迟时间是信号采集开始的时间以及可从 ADC 获取数据的时间，通常此延迟时间以秒为单位定义。但也有一些数据表将此参数称为转换周期，在特定 ADC 中，如果数据可在一个转换周期内获取，我们可以说它具有一个对话周期延迟。如果数据在 N 个周期后可用，我们可以说它有一个转换周期的延迟。

    SAR ADC 的一个主要缺点是其设计复杂性和生产成本。

审核编辑：刘清