SAR-ADC 的工作原理    SAR-ADC（圖 1）捕獲模擬電壓信號，將該信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字字。模擬信號通過外部采樣/保持設備或 SAR-ADC 的內(nèi)部采樣/保持功能來捕獲。SAR-ADC 將此輸入電壓與轉(zhuǎn)換器外部或內(nèi)部參考電壓 (VREF) 的已知部分進行比較。該參考電壓設置轉(zhuǎn)換器的滿量程輸入電壓范圍?，F(xiàn)代 SAR-ADC 使用電容式數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (C-DAC) 來連續(xù)比較位組合，并將適當?shù)奈辉O置或清除到數(shù)據(jù)寄存器中。

    ADC 基礎知識，第 3 部分：在設計中使用逐次逼近寄存器 ADC
    點擊圖片可放大。
    圖 1. 這是現(xiàn)代 SAR-ADC 16 位轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部采樣機制模型。在 VS 獲取信號后，片選從高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖讲⒋蜷_輸入開關 (S1)。
    在 SAR 轉(zhuǎn)換器的輸入端，輸入信號首先經(jīng)過開關。請注意，閉合開關會產(chǎn)生與電容陣列串聯(lián)的開關電阻 (RIN)。這些電容器的頂部連接到比較器的反相輸入。底側(cè)可以連接到輸入電壓、參考電壓 (VREF) 或接地 (V–)。最初，底側(cè)連接到輸入信號 VS。一旦電容陣列完全獲取輸入信號，輸入開關（S1）打開，轉(zhuǎn)換器開始轉(zhuǎn)換過程。
    在轉(zhuǎn)換過程中，MSB 電容器的底部連接到 VREF，而其他電容器連接到 V–（或系統(tǒng)接地）。此操作會在所有電容器之間重新分配電荷。比較器的反相輸入根據(jù)電荷平衡升高或降低電壓。如果 SC 處的電壓大于 VREF 的一半，轉(zhuǎn)換器會將“0”分配給 MSB 并將該值從串行端口傳輸出去。如果該電壓小于 VREF 的一半，轉(zhuǎn)換器會從串行端口發(fā)送“1”，并且轉(zhuǎn)換器將 MSB 電容器連接到 V–。在 MSB 分配之后，對 MSB-1 電容器重復此過程。請注意，圖 1 未顯示 MSB-1 電容器，但其值為 8C。
    SAR-ADC 轉(zhuǎn)換過程所需的時間包括采集時間和轉(zhuǎn)換時間。整個轉(zhuǎn)換過程結(jié)束時，SAR-ADC 進入睡眠模式。    驅(qū)動您的 SAR-ADC

    圖 2中的優(yōu)化 ADC 驅(qū)動器電路 使用運算放大器 (op amp) 將 SAR-ADC 與高阻抗輸入源 VSIG 分開。以下 R/C 低通電路（RISO 和 CISO）執(zhí)行返回至運算放大器并轉(zhuǎn)發(fā)至 SAR-ADC 的功能。RISO 通過將放大器的輸出級與 CISO 隔離來保持放大器穩(wěn)定。CISO 為 SAR-ADC 提供近乎完美且穩(wěn)定的輸入源。該 CISO 跟蹤電壓的輸入信號，并在轉(zhuǎn)換器采集時間內(nèi)提供適當?shù)?SAR-ADC 電荷。ADC 基礎知識，第 3 部分：在設計中使用逐次逼近寄存器 ADC
    點擊圖片可放大。
    圖 2. SAR-ADC 應用設計需要驅(qū)動電路（運算放大器、RISO 和 CISO），以確保 ADC 在轉(zhuǎn)換器采集期間具有穩(wěn)定的輸入信號。
    在設計 SAR-ADC 電路時，首先確定輸入信號的帶寬和滿量程范圍。然后，您選擇的 SAR-ADC 應與每個奈奎斯特輸入信號的帶寬相匹配。該轉(zhuǎn)換器還應該具有適合您的系統(tǒng)的分辨率。在此設計中，關鍵的 SAR-ADC 規(guī)格是電容陣列的累積值、CIN（相當于 SAR-ADC 的輸入電容）、轉(zhuǎn)換器滿量程輸入范圍和采集時間 (tAQU)。
    現(xiàn)在我們通過確定 RISO 和 CISO 的值??來定義它們。圖 3 示波器捕獲顯示了 SAR-ADC (ADS8326) 的輸入電荷注入瞬態(tài)。在此測量中，放大器緩沖器和 SAR-ADC (Ch1) 之間有一個 10 kOhm 電阻。啟動轉(zhuǎn)換或芯片選擇信號出現(xiàn)在頂部曲線 (Ch4) 上。請注意，SAR 轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗絕不能高達 10 kOhm？但這使我們能夠看到 SAR-ADC 輸入處的高頻電流尖峰。
    ADC 基礎知識，第 3 部分：在設計中使用逐次逼近寄存器 ADC
    圖 3. 10 kOhm 電阻器捕獲 16 位 SAR-ADC (Ch1) 輸入端的電荷注入幅度。CS 引腳會啟動每次發(fā)生的雜散，該雜散發(fā)生在 ADC 采集周期 (Ch4) 期間。
    當轉(zhuǎn)換器采集輸入信號時，SAR-ADC 輸入端會發(fā)生電荷注入。這些高頻尖峰給驅(qū)動運算放大器帶來了非?？量痰呢撦d。
    如圖1所示，SAR轉(zhuǎn)換器很少有內(nèi)置輸入緩沖放大器。該電路需要一個具有無失真、軌到軌輸入級的運算放大器（請參閱 OPA364 數(shù)據(jù)表，第 8 頁）。該放大器的輸出級范圍為比正電源低 100 mV 至 100 mV。
    RISO 和 CISO（圖 2 ）的功能是為電荷注入提供一條接地路徑，并將運放輸出與這些瞬態(tài)隔離。RISO 和 CISO 有效地完成了將放大器與容性負載隔離以及吸收來自 SAR-ADC 的電荷尖峰的任務。然而，這兩個組件也會修改放大器的開環(huán)增益響應，如波特圖所示。
    圖 4 顯示了該系統(tǒng)的運算放大器示例和波特圖。查看左側(cè) y 軸如何繪制放大器的開環(huán)和閉環(huán)增益。右側(cè) y 軸繪制了放大器的開環(huán)相位響應。x 軸繪制頻率。
  
       圖 4. RISO|CISO 負載下 OPA364 開環(huán)增益/相位與頻率的關系。
    該放大器 (OPA364) 的開環(huán)增益曲線在 10 Hz 時增益為 100 dB。隨著頻率增加，該增益曲線 (~100 Hz) 變?yōu)?–20 dB/十倍頻程斜率。該斜率一直持續(xù)到曲線繼續(xù)超過 0 dB。開環(huán)增益曲線與 0 dB 交點處的頻率為 7 MHz。
    當外部電路(RISO|CISO)加載放大器時，開環(huán)增益曲線被修改。在圖 4 中，藍色曲線代表修改后的開環(huán)曲線。RISO 和 CISO 以及放大器的輸出電阻在 fPX 處生成極點，在 fZX 處生成零值。如圖 4所示，RISO 和 CISO 的極點出現(xiàn)在 769 kHz 處，零點出現(xiàn)在 1.6 MHz 處。該修改后的開環(huán)增益曲線的斜率在 fPX 時從 –20 dB/十倍頻程變?yōu)?–40 dB/十倍頻程，并在 1.6 MHz 處的零 fPZ 時恢復到 –20 dB/十倍頻程的斜率。
    電路穩(wěn)定性是在開環(huán)增益曲線和閉環(huán)增益曲線的交點（3.2 MHz）處定義的。在此交點處，如果這兩條曲線的斜率之差為 20 dB/十倍頻程，則放大器將穩(wěn)定。如果這些斜率之間的差異大于 20 dB/十倍頻程（例如 40 dB/十倍頻程），則放大器電路將稍微穩(wěn)定。
    為了最大限度地減少內(nèi)部采樣電容器的非線性影響，以及最大限度地減少電荷注入對輸入電壓的影響，最小 CISO 值是內(nèi)部 SAR-ADC 采樣電容器大小的 20 倍。通過注意該 R|C 電路必須在轉(zhuǎn)換器的采集時間內(nèi)完全穩(wěn)定來找到 RISO 值。