0.引言
ADC（analog to digital converter），模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)化數(shù)字信號的設(shè)備。 目前單片機的片上外設(shè)一般包含一個和多個ADC，所采用的的架構(gòu)一般為逐次比較型ADC（successive-approximation ADC ）。
1.逐次比較型ADC工作原理
逐次比較型ADC工作原理類似于使用天平給物品稱重。
假設(shè)存在一個物品，重量未知，存在N個砝碼，其質(zhì)量分別為m、m/2、m/4...m/N，首先采用最重的的砝碼（質(zhì)量為m）去稱量，如果砝碼比物品重量小，那么保留重量為m的砝碼，然后繼續(xù)增加放置次重的砝碼（質(zhì)量為m/2）為，如果砝碼比物品重量大，則舍棄質(zhì)量為m的砝碼，更換質(zhì)量為m/2的砝碼來稱量，直至天平達到最平衡的狀態(tài)，這個過程就叫逐次比較邏輯（二進制搜索算法），逐次比較型ADC就是采用逐次比較邏輯實現(xiàn)的一種ADC。
逐次比較型ADC主要由：①采樣/保持電路，②N位DAC，③比較器，④N位寄存器，⑤逐次比較邏輯電路組成，如圖2所示。
- 模擬輸入電壓(VIN)由采樣/保持電路保持，
- N位DAC將參考電壓VREF按照2的N次方進行等分，逐次比較邏輯電路將N位寄存器的最高位置1，DAC的輸出為VDAC=VREF/2
- 如果VIN大于VDAC，則比較器輸出邏輯高電平，N位寄存器的最高位保持為1，否則，最高位清0
-
逐次比較邏輯電路將次高位的置1，重復(fù)上面的操作，進行下一輪比較，逐次右移，直至完成比較，最終得到數(shù)字輸出
圖2 SAR ADC 架構(gòu)
圖3展示了4位逐次比較型ADC的工作過程，其參考電壓為5V，4位ADC具有4位DAC，4位寄存器，最小分辨率為5V/2^4 = 0.315V。
模擬輸入電壓VIN電壓分別為0V、0.5V、1.0V、1.3V、2.0V、2.6V、3.0V、4.0V、4.5V、5.0V時ADC內(nèi)部的4位寄存器、4位DAC、逐次比較邏輯電路的輸出變化。
圖3 4位 ADC工作過程
2.ADC的基本關(guān)鍵參數(shù)
2.1 采樣速率
N位逐次比較型ADC 需要N個比較周期，前一輪轉(zhuǎn)換未完成不能進入下一輪轉(zhuǎn)換，分辨率越高，轉(zhuǎn)換時間越長，所以采樣速率也就越低。
2.2 參考電壓
由圖3可知，ADC的電壓需要大于等于模擬輸入電壓，才能準確的對輸入電壓及進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，ADC的位數(shù)固定，參考電壓選取的不一樣，ADC的最小分辨率也就不一樣。
2.3 分辨率
和參考電壓的值有關(guān)，也和DAC的位數(shù)有關(guān)，如果DAC的位數(shù)固定為12位，如果參考電壓為5V，則最小分辨率為0.0012V，如果參考電壓為3.3V，則最小分辨率為0.0008V，參考電壓選取的小，提高了分辨率，但是也限制了模擬輸入電壓的量程。
