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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