STM32中的SAR ADC是怎么一回事？

STM32中的ADC是逐次逼近型ADC(Successive Approximation ADC)，是逐個產(chǎn)生比較電壓Vref，并逐次與輸入電壓分別比較，以逐漸逼近的方式進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的。而其中的用來產(chǎn)生Vref的電路就是DAC電路。因此一般DAC電路比較容易設(shè)計(jì)，而DAC在采樣速度和精度的權(quán)衡上會比較復(fù)雜。

SAR ADC的轉(zhuǎn)換原理是把輸入的模擬信號按規(guī)定的時間間隔采樣（采樣），并與一系列標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號相比較，數(shù)字信號逐次收斂，直至兩種信號相等為止（量化完成），最后輸出代表此信號的二進(jìn)制數(shù)（編碼）。

SAR ADC結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)上主要包括采樣保持電路(S/H)，比較器(COMPARATOR，COMP)，SAR邏輯控制電路、時鐘(CLOCK)和時序(TIMING)控制電路及DAC電路。

S/H電路

為了達(dá)到快速的采樣，被采樣的脈沖寬度一般是很短的，在下一個采樣脈沖到來之前，要暫時保持所采得的樣值脈沖幅度，以便進(jìn)行后續(xù)轉(zhuǎn)換。所以，在采樣電路之后和比較電路之間要加保持電路。它的原理是通過一個開關(guān)連接一個電容，通過給電容進(jìn)行充電來保持模擬信號的幅值信息。

DAC電路

大多SAR ADC的DAC都使用電容式DAC來提供內(nèi)在的跟蹤/保持功能。電容式DAC是采用電荷再分配原理來產(chǎn)生模擬輸出電壓的。電容式DAC由N個具有二進(jìn)制權(quán)重值的電容器陣列再加上一個“虛擬LSB”電容器組成。

首先通過Sa開關(guān)連接VIN，并將所有S1-S11的開關(guān)連接到VIN，給所有并聯(lián)的電容進(jìn)行充電，這樣就將所有電容充滿，并且充電電壓為VIN。

然后通過將Sa開關(guān)連接到Vref，并且通過數(shù)字信號對應(yīng)到S1-S11的開關(guān)上，也就是關(guān)閉一些電容的開關(guān)連接到GND上，斷開電容，對地放電。

此時對于Vref上的電壓就會根據(jù)斷開電容的容量使得輸出電壓降低，從而將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成一個模擬信號。

電容器陣列容量總量要等于2C。

轉(zhuǎn)換步驟

轉(zhuǎn)換步驟數(shù)等于 ADC的分辨率，比如12bits ADC就有12個轉(zhuǎn)換步驟，每個 ADC 時鐘產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)位。

采樣狀態(tài)

該狀態(tài)下，電容充電至電壓VIN。Sa切換至VIN，采樣期間Sb開關(guān)閉合。

保持狀態(tài)

該狀態(tài)下，輸入斷開，電容保持輸入電壓。Sb開關(guān)打開，然后S1-S11切換至接地，且Sa切換至VREF。

轉(zhuǎn)換(量化和編碼)狀態(tài)

該狀態(tài)下，每個 ADCCLK 執(zhí)行一個步驟，每一步完成后 ADC 輸出一位數(shù)。采用二分法進(jìn)行逐次逼近到 ADC 的精度（位數(shù)）。整個轉(zhuǎn)換過程如下圖所示。