在電子領(lǐng)域中，ADC（模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器）是極為關(guān)鍵的器件，它能將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。然而，很多人在使用 ADC 時(shí)，往往沒有深入探究其內(nèi)部原理以及如何獲得精度。今天，我們就基于 ST 的文檔，來詳細(xì)剖析一下 SAR ADC 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理。

STM32 微控制器中內(nèi)置的 ADC 采用 SAR（逐次逼近）原則，分多步執(zhí)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換步驟數(shù)等于 ADC 轉(zhuǎn)換器中的位數(shù)，每個(gè)步驟均由 ADC 時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，每個(gè) ADC 時(shí)鐘從結(jié)果到輸出產(chǎn)生一位。其內(nèi)部設(shè)計(jì)基于切換電容技術(shù)。

下面的圖展示了 ADC 的工作原理。這里僅以 10 位 ADC 為例，介紹了逼近的前面幾步，但該過程會(huì)持續(xù)到 LSB（有效位）為止。

帶數(shù)字輸出的 ADC 基本原理圖

采樣狀態(tài)

在采樣狀態(tài)下，電容充電至電壓 VIN。此時(shí)，Sa 切換至 VIN，采樣期間 Sb 開關(guān)閉合。

保持狀態(tài)

進(jìn)入保持狀態(tài)時(shí)，輸入斷開，電容保持輸入電壓。具體操作是，Sb 開關(guān)打開，然后 S1 - S11 切換至接地且 Sa 切換至 VREF。

逐次逼近

1. 個(gè)逼近步驟：S1 切換至 VREF，將 VIN 與 VREF/2 進(jìn)行比較。
   

   

2. MSB = 0 的情況：如果 MSB（有效位） = 0，則與 ?VREF 進(jìn)行比較，S1 切換回接地，S2 切換至 VREF。
   

   

3. MSB = 1 的情況：若 MSB = 1，則與 ?VREF 進(jìn)行比較，S1 保持接地，S2 切換至 VREF。
   

   

后續(xù)會(huì)重復(fù)上述步驟，直到輸出 LSB 為止。簡單來說，這就是通過二分法逐次進(jìn)行輸入電壓與參考電壓的比較。首次與 VREF/2 比較，下次比較根據(jù)上次比較結(jié)果決定，如果 MSB = 1 則與 ?VREF 比較，如果 MSB = 0 則與 ?VREF 比較，之后再?zèng)Q定與 1/8VREF、3/8VREF、5/8VREF、7/8VREF 之一做比較，如此循環(huán)直至完成整個(gè)轉(zhuǎn)換過程。