模數轉換器 （ADC）是一種設備，可幫助我們從數字角度處理混亂的現實世界數據。為了理解溫度、濕度、壓力、位置等現實世界的數據，我們需要傳感器，所有這些傳感器都會測量某些參數并以電壓和電流的形式向我們返回電信號。由于我們現在的大多數設備都是數字的，因此有必要將這些信號轉換為數字信號。這就是 ADC 的用武之地，盡管有許多不同類型的 ADC，但在本文中，我們將討論一種最常用的 ADC 類型，即逐次逼近型 ADC。在早期的文章中，我們討論了在 Arduino 的幫助下建立 ADC 的基礎，如果您是電子產品新手并想了解更多關于 ADC 的信息，您可以檢查一下。

什么是逐次逼近型 ADC？

逐次逼近型 ADC是低成本中高分辨率應用的首選 ADC，SAR ADC 的分辨率范圍為 8 - 18 位，采樣速度高達每秒 5 兆樣本 （Msps）。此外，它可以構造成小尺寸和低功耗，這就是這種類型的 ADC 用于便攜式電池供電儀器的原因。

顧名思義，這個 ADC 應用二進制搜索算法來轉換值，這就是為什么內部電路可能以幾兆赫茲運行，但由于逐次逼近算法，實際采樣率要低得多。

逐次逼近型ADC的工作原理

封面圖片顯示了基本的逐次逼近 ADC 電路。但是為了更好地理解工作原理，我們將使用它的 4 位版本。下圖正好說明了這一點。

如您所見，該 ADC 由一個比較器、一個數模轉換器和一個逐次逼近寄存器以及控制電路組成。現在，每當新的對話開始時，采樣和保持電路就會對輸入信號進行采樣。并將該信號與 DAC 的特定輸出信號進行比較。

現在假設采樣輸入信號為 5.8V。ADC 的參考電壓為 10V。轉換開始時，逐次逼近寄存器將最高有效位設置為 1，將所有其他位設置為零。這意味著該值變為 1， 0， 0， 0，這意味著對于 10V 參考電壓，DAC 將產生一個 5V 的值，它是參考電壓的一半。現在，該電壓將與輸入電壓進行比較，并根據比較器的輸出，改變逐次逼近寄存器的輸出。下面的圖片將更清楚地說明它。此外，您可以查看通用參考表以了解有關 DAC 的更多詳細信息。以前我們已經制作了許多關于ADC和DAC的項目，您可以查看這些項目以獲取更多信息。

這意味著如果 Vin 大于 DAC 的輸出，則最高有效位將保持不變，并將設置下一位以進行新的比較。否則，如果輸入電壓小于 DAC 值，最高有效位將設置為零，下一位將設置為 1 以進行新的比較。現在，如果您看到下圖，DAC 電壓為 5V，并且由于它小于輸入電壓，最高有效位之前的下一位將設置為 1，其他位將設置為零，此過程將一直持續到最接近輸入電壓的值達到。

這就是逐次逼近型 ADC 一次更改 1 位以確定輸入電壓并產生輸出值的方式。無論四次迭代中的值是多少，我們都將從輸入值中獲得輸出數字代碼。最后，四位逐次逼近型 ADC的所有可能組合列表如下所示。

逐次逼近型 ADC 的轉換時間、速度和分辨率

轉換時間：

一般來說，我們可以說對于一個 N 位 ADC，它需要 N 個時鐘周期，這意味著這個 ADC 的轉換時間將變為 -

Tc = N x Tclk

*Tc 是轉換時間的縮寫。

與其他 ADC 不同的是，該 ADC 的轉換時間與輸入電壓無關。

由于我們使用的是 4 位 ADC，為了避免混疊效應，我們需要在 4 個連續的時鐘脈沖之后進行采樣。

轉換速度：

此類 ADC 的典型轉換速度約為每秒 2 - 5 兆次采樣 （MSPS），但很少能達到 10 （MSPS）。Linear Technologies的LTC2378就是一個例子。

解析度：

這種類型的 ADC 的分辨率可以在 8 - 16 位左右，但有些類型可以達到 20 位，例如 Analog Devices 的ADS8900B。

逐次逼近 ADC 的優缺點

這種類型的 ADC 與其他 ADC 相比具有許多優勢。它具有高精度和低功耗，同時易于使用和低延遲時間。延遲時間是信號采集開始的時間和數據可用于從 ADC 獲取的時間，通常此延遲時間以秒為單位定義。但也有一些數據表將此參數稱為轉換周期，在特定的 ADC 中，如果數據可在一個轉換周期內獲取，我們可以說它具有一個會話周期延遲。如果數據在 N 個周期后可用，我們可以說它有一個轉換周期的延遲。SAR ADC的一個主要缺點是其設計復雜性和生產成本。

SAR ADC 的應用

由于這是最常用的 ADC，它被用于許多應用，例如可植入患者體內的生物醫學設備，使用這些類型的 ADC 是因為它消耗的功率非常少。此外，許多智能手表和傳感器都使用這種類型的 ADC。

綜上所述，我們可以說這種 ADC 的主要優點是低功耗、高分辨率、小尺寸和精度。這種類型的字符使其適用于集成系統。主要限制可能是其低采樣率以及構建此 ADC 所需的部件，即 DAC 和比較器，這兩者都需要非常準確地工作才能獲得準確的結果。