引言與說明

為了將生活中的溫度、壓力、光強、聲音模擬信號送入數字設備進行處理，必須先將模擬信號轉換為相對應的數字信號。能夠將連續變化的模擬信號轉換為離散的數字信號的器件就為模數轉換器(Analog-Digital Converter,ADC)。

圖1. 生活中的一些模擬信號

一般ADC根據轉換形式可以分為直接A/D轉換和間接A/D轉化，如表1所示。

表1. 不同ADC的特性

如表1所示為各類ADC的特性。可以了解到逐次逼近型ADC (Successive Approximation ADC)相比與并聯比較型雖然轉換速度慢了點，但相較于其他ADC轉換速度又快很多，且電路規模又小于并聯比較型，是現在應用較為廣泛的一種。下面將以SAR-ADC為例介紹工作原理和實際的工作電路

SAR-ADC的工作原理

圖2. 逐次逼近型A/D轉換器的電路結構圖

如圖2所示，SAR-ADC采用的是一種反饋比較型電路。基本思想：取一個數字量加到D/A轉換器上，這樣可以得出相對應的輸出模擬電壓，將這個模擬電壓與輸入的模擬電壓進行比較，如果兩者不等，則調整數字量，直到2者的模擬電壓相同，最后確定的數字量就是相對應的輸入模擬量。

實際的工作流程：

步驟1：先將寄存器清零

步驟2：轉換控制信號  變為高電平開始轉換，時鐘CLK先將寄存器最高位置置1，使得寄存器輸出1000…0000。這個數字量是DAC轉換為相對應的模擬電壓 ，并送入比較器和輸入模擬量 進行比較。

步驟3：若，則表明數字量設置偏大，將1去掉；若 ,則說明數字量設置偏小，1需要保留，

循環步驟2和3，直到最低位比較完成，這時寄存器所保存的數碼為模擬量對應的數字量。

3位SAR-ADC的實現電路

圖3. 3位SAR-ADC的電路原理圖

圖3所示，一個簡單3位SAR-ADC的電路原理圖，是由比較器C、DAC轉換器、寄存器、時鐘脈沖源和控制邏輯5個部分構成。

圖4.3位SAR-ADC輸出狀態變化圖

如圖4所示，假設模擬輸入的 對應的數字量110。初始化，控制邏輯電路為 。當一個CLK時鐘信號來時的先置1，與進行比較，規則依據上節的工作原理，可以得110>000,則的1需要保留，后續的 和按此步驟操作即可。可以看出，3位的SAR-ADC需要5個CLK周期，如果是N位的，則需要N+2個CLK周期。

性能評價

一般使用轉換精度(分辨率)和轉換速度來評價ADC器件的性能。例如復旦微電子集團的推出的FM33LE0xx系列的MCU片上外設擁有12-bit SAR-ADC，采樣率最高可達2Msps (支持可編程采樣時間)，支持過采樣硬件平均，在一定程度上提高分辨率，支持offset自校準，可提高精度。