SAR-ADC 的工作原理    SAR-ADC（圖 1）捕獲模擬電壓信號(hào)，將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字字。模擬信號(hào)通過(guò)外部采樣/保持設(shè)備或 SAR-ADC 的內(nèi)部采樣/保持功能來(lái)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(jìn)行比較。該參考電壓設(shè)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(lái)連續(xù)比較位組合，并將適當(dāng)?shù)奈辉O(shè)置或清除到數(shù)據(jù)寄存器中。

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    圖 1. 這是現(xiàn)代 SAR-ADC 16 位轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部采樣機(jī)制模型。在 VS 獲取信號(hào)后，片選從高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖讲⒋蜷_輸入開關(guān) (S1)。
    在 SAR 轉(zhuǎn)換器的輸入端，輸入信號(hào)首先經(jīng)過(guò)開關(guān)。請(qǐng)注意，閉合開關(guān)會(huì)產(chǎn)生與電容陣列串聯(lián)的開關(guān)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(hào) VS。一旦電容陣列完全獲取輸入信號(hào)，輸入開關(guān)（S1）打開，轉(zhuǎn)換器開始轉(zhuǎn)換過(guò)程。
    在轉(zhuǎn)換過(guò)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(huì)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(huì)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(huì)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(duì) MSB-1 電容器重復(fù)此過(guò)程。請(qǐng)注意，圖 1 未顯示 MSB-1 電容器，但其值為 8C。
    SAR-ADC 轉(zhuǎn)換過(guò)程所需的時(shí)間包括采集時(shí)間和轉(zhuǎn)換時(shí)間。整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程結(jié)束時(shí)，SAR-ADC 進(jìn)入睡眠模式。    驅(qū)動(dòng)您的 SAR-ADC

    圖 2中的優(yōu)化 ADC 驅(qū)動(dòng)器電路 使用運(yùn)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(yùn)算放大器并轉(zhuǎn)發(fā)至 SAR-ADC 的功能。RISO 通過(guò)將放大器的輸出級(jí)與 CISO 隔離來(lái)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(hào)，并在轉(zhuǎn)換器采集時(shí)間內(nèi)提供適當(dāng)?shù)?SAR-ADC 電荷。ADC 基礎(chǔ)知識(shí)，第 3 部分：在設(shè)計(jì)中使用逐次逼近寄存器 ADC
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    圖 2. SAR-ADC 應(yīng)用設(shè)計(jì)需要驅(qū)動(dòng)電路（運(yùn)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(hào)。
    在設(shè)計(jì) SAR-ADC 電路時(shí)，首先確定輸入信號(hào)的帶寬和滿量程范圍。然后，您選擇的 SAR-ADC 應(yīng)與每個(gè)奈奎斯特輸入信號(hào)的帶寬相匹配。該轉(zhuǎn)換器還應(yīng)該具有適合您的系統(tǒng)的分辨率。在此設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵的 SAR-ADC 規(guī)格是電容陣列的累積值、CIN（相當(dāng)于 SAR-ADC 的輸入電容）、轉(zhuǎn)換器滿量程輸入范圍和采集時(shí)間 (tAQU)。
    現(xiàn)在我們通過(guò)確定 RISO 和 CISO 的值??來(lái)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(cè)量中，放大器緩沖器和 SAR-ADC (Ch1) 之間有一個(gè) 10 kOhm 電阻。啟動(dòng)轉(zhuǎn)換或芯片選擇信號(hào)出現(xiàn)在頂部曲線 (Ch4) 上。請(qǐng)注意，SAR 轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗絕不能高達(dá) 10 kOhm？但這使我們能夠看到 SAR-ADC 輸入處的高頻電流尖峰。
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    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(huì)啟動(dòng)每次發(fā)生的雜散，該雜散發(fā)生在 ADC 采集周期 (Ch4) 期間。
    當(dāng)轉(zhuǎn)換器采集輸入信號(hào)時(shí)，SAR-ADC 輸入端會(huì)發(fā)生電荷注入。這些高頻尖峰給驅(qū)動(dòng)運(yùn)算放大器帶來(lái)了非?？量痰呢?fù)載。
    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(gè)具有無(wú)失真、軌到軌輸入級(jí)的運(yùn)算放大器（請(qǐng)參閱 OPA364 數(shù)據(jù)表，第 8 頁(yè)）。該放大器的輸出級(jí)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(yùn)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(fù)載隔離以及吸收來(lái)自 SAR-ADC 的電荷尖峰的任務(wù)。然而，這兩個(gè)組件也會(huì)修改放大器的開環(huán)增益響應(yīng)，如波特圖所示。
    圖 4 顯示了該系統(tǒng)的運(yùn)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(yīng)。x 軸繪制頻率。
  
       圖 4. RISO|CISO 負(fù)載下 OPA364 開環(huán)增益/相位與頻率的關(guān)系。
    該放大器 (OPA364) 的開環(huán)增益曲線在 10 Hz 時(shí)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(guò) 0 dB。開環(huán)增益曲線與 0 dB 交點(diǎn)處的頻率為 7 MHz。
    當(dāng)外部電路(RISO|CISO)加載放大器時(shí)，開環(huán)增益曲線被修改。在圖 4 中，藍(lán)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(diǎn)，在 fZX 處生成零值。如圖 4所示，RISO 和 CISO 的極點(diǎn)出現(xiàn)在 769 kHz 處，零點(diǎn)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(shí)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(shí)恢復(fù)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(diǎn)（3.2 MHz）處定義的。在此交點(diǎn)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(duì)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(guò)注意該 R|C 電路必須在轉(zhuǎn)換器的采集時(shí)間內(nèi)完全穩(wěn)定來(lái)找到 RISO 值。