模數轉換器 （ADC） 將模擬世界連接到數字世界，因此是連接到現實世界的任何電子系統的基本部件。它們也是決定系統性能的關鍵因素。本系列文章探討 ADC 的基礎知識、各種 ADC 類型及其應用。本文為本系列關于模擬基礎知識文章的第 1 部分，將討論逐次逼近寄存器 （SAR） ADC。第 2 部分將討論三角積分 （Δ?） 轉換器。現在仍然是一個模擬世界，因此要讓感知的信息進入數字領域，需要進行某種轉換。這一重任就由模數轉換器 （ADC） 來完成。多年來，成功崛起的三種 ADC 拓撲結構是逐次逼近寄存器 （SAR）、三角積分 （S-D） 和流水線 ADC。這三種 ADC 拓撲結構截然不同，以便在不同的頻率范圍內工作，服務于從低頻傳感器應用到更高頻率的 LiDAR 或衛星通信等所有領域。 SAR ADC 是第一種成為主流的轉換器。隨著時間的推移，這種轉換器拓撲結構出現在各種應用中，包括過程控制、醫療和早期數字音頻系統。這些應用受益于 SAR ADC 的 8 位至 20 位輸出轉換范圍。但是，SAR ADC 賴以成名的原因是它會捕獲模擬輸入信號的快照，并使用多個信號快照來繪制一段時間內的圖像。本文將簡要介紹與 SAR ADC 密切相關的信號鏈。接下來，通過分析負責 ADC 快照操作的基本輸入級，深入研究該 ADC 拓撲結構。然后，本文將介紹 SAR ADC 示例解決方案——Analog Devices 的 AD7625BCPZ 和 AD4020BCPZ-RL7，著重討論 ADC4020BCPZ-RL7 的內部模數轉換機制。另外，還提供了合適數據采集系統的關鍵規格。

　　SAR ADC 的模擬信號鏈

　　SAR ADC 常用于自動測試設備、機器自動化、醫療設備和精密數據采集等系統中。在所有 SAR ADC 應用中，都存在一個需要適度 8 至 20 位分辨率數字表示的模擬信號，并且采樣速率從接近 DC 到每秒 15 兆 （MSPS）（在撰寫本文時）。 SAR ADC 能力強大，無需模擬前端 （AFE） 信號鏈即可工作。但是，如果設計人員的工作還包括在 SAR ADC 的前端成功呈現信號，則很有可能需要一定程度的信號調節。

　　圖 1：該示例 SAR ADC 信號鏈包括 X 射線探測器、AFE、放大器驅動器、Analog Device 的 AD7625BCPZ 6 MSPS 轉換器，以及用于獲得轉換結果的數字接收器 （FPGA）。

　　在圖中，X 射線源經行李箱將信號發送到 x 射線探測器。X 射線設備的工作是在短時間內構建行李箱的完整圖像，以減少旅客的不滿。前端獲取探測器信號并執行信號調節功能，例如模擬增益和電平位移。然后信號被提供給 SAR ADC，在本例中為 Analog Devices 的 AD7625BCPZ。 SAR ADC 之前的放大器提供適當的穩定功能，在放大器與 SAR ADC 之間通常有一個一階低通濾波器。該 SAR ADC 能夠以高達 6 MSPS 的速度采樣（每 167 納秒 ［ns］ 采樣一次），可以在短時間內獲得多個快照。