SAR

Analog Devices, Inc.（Nasdaq：ADI）推出新一代16至24位超高精度逐次逼近寄存器(SAR)模数转换器(ADC)系列产品，可简化仪器仪表、工业和医疗健康应用中复杂的ADC设计。

当前，随着通信技术不断更新迭代，频谱使用场景日益复杂，关于人体健康SAR值的测量显得尤其重要。DEKRA德凯根据国际电工委员会(IEC)技术委员会TC 106发布的最新IEC 62209-3和IEC/IEEE 62209-1528标准，ISED发布的2020-DRS0020，为市场带来全新的SAR认证解决方案，大大加快对无线通信设备射频场的测量。

<font color="#FF0000">作者：Patrick Butler</font>

<strong>简介</strong>

在物联网和云计算成为生活一部分，在行业媒体大肆宣扬之际，通过采用最先进的技术和优化设计，老式电子元件并未停止前进的步伐。其中一个例子是模数转换器，该器件现在可以超过每秒一兆次采样(MSPS)的速率实现32位分辨率，轻松通过传统的计量基准测试。

逐次逼近型模数转换器又称SAR ADC，是通用级模数转换器，可产生连续模拟波形的数字离散时间表示。它们通过电荷再分配过程完成这一任务；在此过程中，已知的定量电荷与ADC输入端获取的电荷量相比较。期间针对所有可能的数字代码（量化电平）执行二进制搜索，最终结果收敛至某一代码，使内部集成的比较器返回平衡状态。0和1的组合表示电路产生的决策序列，使系统回到均衡状态。

SAR ADC是通用、易用、完全异步的数据转换器。但是，决定特定应用使用哪种转换器时，仍需做出一些选择。本文具体讨论ADI SAR ADC产品组合提供的模拟输入信号类型。但应注意，尽管本文关注的是SAR ADC，输入类型通用于所有ADC架构。根据所考虑电路的信号源类型或总体目标，需要做出特定设计决策和权衡。最简单的解决方案是匹配ADC输入类型与信号源输出配置。不过，源信号可能需要改变信号类型的调理，或者存在成本、功率或面积考虑因素，影响模拟输入类型决策。我们来了解一下不同的可用模拟输入类型。

<strong>单端</strong>

dsPIC33/PIC24 12位高速多SAR模数转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）包含以下特性：

• 多个ADC内核：

- 多个单通道专用ADC内核（取决于具体器件实现）
- 一个共用ADC内核

• 每个ADC内核可配置为6、8、10或12位分辨率

• 12位分辨率时，每通道的转换速率最高为3.25 Msps

• 最多32个模拟输入源（取决于具体器件实现）

• 可单独为所有通道中的每个通道选择单端或伪差分输入

• 可单独为所有通道中的每个通道的转换结果选择无符号或有符号数据格式

• 针对每个模拟输入的独立16位转换结果寄存器

• 提前中断产生，可实现转换数据的快速处理

• 集成多个数字比较器（取决于具体器件实现）：

- 多个比较选项
- 可分配给特定模拟输入

• 多个过采样滤波器（取决于具体器件实现）：

- 提高分辨率
- 可分配给特定模拟输入

• 可在CPU休眠和空闲模式下工作

在设计高性能数据采集系统时，勤奋的工程师仔细选择高精度模数转换器(ADC)以及模拟前端调节电路所需的其他元件。在几个星期的设计工作之后，执行模拟并优化电路原理图，为了赶工期，设计人员迅速地将电路板布局布线组合在一起。一个星期之后，对第一个原型电路板进行测试。出乎预料的是，电路板性能与预期的不一样。

<strong>这种情景在你身上发生过吗？</strong>

最优PCB布局布线对于使ADC达到预期的性能至关重要。当设计包含混合信号器件的电路时，应该始终从良好的接地安排入手，并且使用最佳元件放置位置和信号走线将设计分为模拟、数字和电源部分。

参考路径是ADC布局布线中最关键的，这是因为所有转换都是基准电压的函数。在传统逐次逼近寄存器 (SAR) ADC架构中，参考路径也是最敏感的，因为基准引脚上有到基准源的动态负载。

由于基准电压在每次转换期间被数次采样，高电流瞬变出现在这个终端上，其中ADC内部电容器阵列在这个位置位时被开启和充电。基准电压在每个转换时钟周期内必须保持稳定，并且稳定至所需的N位分辨率，否则的话会出现线性误差和丢码错误。

图1显示典型12位SAR ADC基准终端上的转换阶段期间的电流瞬变。