一種3位sar adc工作過程推導

2022-06-29 03:57:09 字數 2795 閱讀 7548

3位sar adc採用下圖的電容陣列,需要23個電容,它的基本單元有二進位制加權的電容陣列、1個與lsb電容等值的電容;它利用電容上的初始電荷再分配完成二進位制搜尋演算法,因此功耗一般比較小,而且不需要額外的取樣保持電路1

。所有電容的正端(也稱為上極板)與比較器的反相端連線,比較器同相端接gnd,下面對其工作過程進行大致分析

參考電壓\(v_=v_\),\(v_=0\);\(v_=0\),假設\(\fracv_

\(\phi_\)開關閉合,比較器反相端和同相端都接gnd,電容負端都接輸入電壓vin

電容上儲存的電荷量\(q=(0-v_)\cdot8c\),與輸入電壓vin成正比

將開關\(\phi_\)斷開,所有電容的負端(也稱為下極板)與gnd連線,根據電容的電荷量守恆,可得

\[(v_-0)\cdot8c=(0-v_)\cdot8c

\]所以比較器的反相端電壓:\(v_=-v_\)

首先將開關\(\phi_\)斷開,電容4c的負端接vref

根據電容上的電荷量相等,可得

\(\begin

&(v_-v_)\cdot4c+(v_-0)\cdot4c=(0-v_)\cdot8c

\end\)

\(\rightarrow v_=-v_+\fracv_\)

則\[\begin

v_-v_&=v_-\fracv_

\end

\]第1次:\(v_\)與\(\fracv_\)兩者進行比較,則比較器輸出為高電平,即最高位d2=1

因為最高位d2=1,所以電容2c的負端接vref;電容4c的負端保持接vref

根據電容上的電荷量相等,可得

\(\begin

&(v_-v_)\cdot6c+(v_-0)\cdot2c=(0-v_)\cdot8c

\end\)

\(\rightarrow v_=-v_+\fracv_\)

則\[\begin

v_-v_&=v_-\fracv_

\end

\]第2次:\(v_\)與\(\fracv_\)兩者進行比較,則比較器輸出為低電平,即次高位d1=0

因為最高位d2=1且次高位d1=0,所以電容c的負端接vref;電容2c的負端仍接gnd,電容4c的負端保持接vref

根據電容上的電荷量相等,可得

\(\begin

&(v_-v_)\cdot5c+(v_-0)\cdot3c=(0-v_)\cdot8c

\end\)

\(\rightarrow v_=-v_+\fracv_\)

則\[\begin

v_-v_&=v_-\fracv_

\end

\]第3次:\(v_\)與\(\fracv_\)兩者進行比較,則比較器輸出為高電平,即最低位d0=1

所以3位sar adc輸出數字碼為d2d1d0=101

下圖直觀反映了3次比較的狀態。

graph lr;

a0((1/2vref))-.d2=1.-> a1((3/4vref))

a0-.d2=0.-> a2((1/4vref))

a1-.d1=1.-a3((7/8vref))

a1-.d1=0.-a4((5/8vref))

a2-.d1=1.-a5((3/8vref))

a2-.d1=0.-a6((1/8vref))

a3-.d0=1.-a23>輸出:111]

a3-.d0=0.-a24>輸出:110]

a4-.d0=1.-a25>輸出:101]

a4-.d0=0.-a26>輸出:100]

a5-.d0=1.-a27>輸出:011]

a5-.d0=0.-a28>輸出:010]

a6-.d0=1.-a29>輸出:001]

a6-.d0=0.-a30>輸出:000]cc

2c4c

\(v_\)00

00\(-v_\)

0vref00

\(-v_+\fracv_\)00

vref

0\(-v_+\fracv_\)

0vref

vref

0\(-v_+\fracv_\)00

0vref

\(-v_+\fracv_\)

0vref

0vref

\(-v_+\fracv_\)00

vref

vref

\(-v_+\fracv_\)

0vref

vref

vref

\(-v_+\fracv_\)

-[1] 逐次逼近型adc

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