高性能全集成逐次逼近寄存器型模數(shù)轉(zhuǎn)換器

由于擁有較高的分辨率和采樣率，SAR型ADC一直被眾多工業(yè)和汽車客戶所親睞。但是SAR型ADC由于其特殊的特性，所以對外圍電路也相應(yīng)的提出很多“特殊需求”。

首先就是抗混疊電路的需求。例如當電路中的SAR型ADC采樣率為fs時，根據(jù)香濃采樣定律，輸入信號的頻率需要小于fs/2，頻率超過fs/2的信號將會通過混疊效應(yīng)“混入”有用信號頻帶中，并且無法區(qū)分。因此，為了避免混疊的問題，絕大部分SAR型ADC電路需要在前端設(shè)計專用的多階有源濾波器，濾掉頻率超過fs/2的信號。（注：Σ-Δ型ADC理論上也需要抗混疊濾波器，但是由于其過采樣特性及內(nèi)部數(shù)字濾波器的帶外衰減特性，其對抗混疊濾波器的設(shè)計要求要低很多，多數(shù)情況下一階RC電路能夠滿足抗混疊需求。）

其次是模擬輸入與基準輸入的驅(qū)動問題。不同于大學課本上講到的，現(xiàn)在市面上流行的大部分SAR型ADC不再是通過分壓電阻網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)電壓的逐次逼近，由于CMOS工藝的普及，取而代之的是通過內(nèi)部電容網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)電荷的逐次逼近，這樣無論是ADC的信號輸入端還是基準輸入端，都是通過一個電容采樣，這個電容一般為幾個皮法到幾十個皮法。這樣帶來的兩個新的問題就是：1，我們能否在采樣的短暫時間內(nèi)將這個電容完全充滿；2，這個電容在采樣瞬間是否會把我們信號瞬態(tài)拉低。（具體的SAR ADC驅(qū)動設(shè)計請參考SLAA571A：Design Challenges and Improvement Techniques for SAR ADC Driver Circuit）。糟糕的驅(qū)動設(shè)計會導致無論是輸入信號，還是基準信號都會被瞬態(tài)拉低，并且造成采樣誤差，如下圖所示：

所以標準的SAR型ADC驅(qū)動電路需要基準及驅(qū)動電路，抗混疊濾波器，輸入驅(qū)動電路等三個部分，其電路結(jié)構(gòu)如下：

除了上述的兩個關(guān)鍵問題以外，SAR型ADC采樣電路往往還需要配備電壓基準，模擬開關(guān)，輸入放大及直流偏置電路（交流信號無法直接被單電源ADC采樣）等，復雜的系統(tǒng)設(shè)計往往會另工程師們望而卻步。

針對于這一問題，現(xiàn)TI開發(fā)出一系列全集成式SAR型ADC, 其集成了高阻抗輸入可編程放大器，抗混疊濾波器，ADC驅(qū)動電路，模擬開關(guān)以及高精密電壓基準等，并且能在單電源供電環(huán)境下提供±10V/ ±5V/ ±2.5V等可編程輸入范圍。高集成度的設(shè)計使得這種ADC更像一塊電壓采集器，大大簡化采樣電路的設(shè)計，同時TI提供極具競爭力的價格，以便眾多工業(yè)客戶選用。其結(jié)構(gòu)框圖如下：

非同步型全集成ADC

同步型全集成ADC

這種全集成型的ADC大大簡化了電路設(shè)計，同時優(yōu)化了成本。針對于這一類全集成型ADC，TI提供多種型號，涵蓋不同分辨率，不同通道，同步/非同步等多種器件。下面表格中羅列了全系列高集成度SAR型ADC，以及相應(yīng)的資料及參考設(shè)計TI-Design，歡迎各位工程師點擊查看。

審核編輯：郭婷