SAR ADC的模拟信号链和关键规格的详细说明

　　模数转换器 （ADC） 将模拟世界连接到数字世界，因此是连接到现实世界的任何电子系统的基本部件。它们也是决定系统性能的关键因素。本系列文章探讨 ADC 的基础知识、各种 ADC 类型及其应用。本文为本系列关于模拟基础知识文章的第 1 部分，将讨论逐次逼近寄存器 （SAR） ADC。第 2 部分将讨论三角积分 （ΔƩ） 转换器。现在仍然是一个模拟世界，因此要让感知的信息进入数字领域，需要进行某种转换。这一重任就由模数转换器 （ADC） 来完成。多年来，成功崛起的三种 ADC 拓扑结构是逐次逼近寄存器 （SAR）、三角积分 （S-D） 和流水线 ADC。这三种 ADC 拓扑结构截然不同，以便在不同的频率范围内工作，服务于从低频传感器应用到更高频率的 LiDAR 或卫星通信等所有领域。 SAR ADC 是第一种成为主流的转换器。随着时间的推移，这种转换器拓扑结构出现在各种应用中，包括过程控制、医疗和早期数字音频系统。这些应用受益于 SAR ADC 的 8 位至 20 位输出转换范围。但是，SAR ADC 赖以成名的原因是它会捕获模拟输入信号的快照，并使用多个信号快照来绘制一段时间内的图像。本文将简要介绍与 SAR ADC 密切相关的信号链。接下来，通过分析负责 ADC 快照操作的基本输入级，深入研究该 ADC 拓扑结构。然后，本文将介绍 SAR ADC 示例解决方案——Analog Devices 的 AD7625BCPZ 和 AD4020BCPZ-RL7，着重讨论 ADC4020BCPZ-RL7 的内部模数转换机制。另外，还提供了合适数据采集系统的关键规格。

　　SAR ADC 的模拟信号链

　　SAR ADC 常用于自动测试设备、机器自动化、医疗设备和精密数据采集等系统中。在所有 SAR ADC 应用中，都存在一个需要适度 8 至 20 位分辨率数字表示的模拟信号，并且采样速率从接近 DC 到每秒 15 兆 （MSPS）（在撰写本文时）。 SAR ADC 能力强大，无需模拟前端 （AFE） 信号链即可工作。但是，如果设计人员的工作还包括在 SAR ADC 的前端成功呈现信号，则很有可能需要一定程度的信号调节。

　　图 1：该示例 SAR ADC 信号链包括 X 射线探测器、AFE、放大器驱动器、Analog Device 的 AD7625BCPZ 6 MSPS 转换器，以及用于获得转换结果的数字接收器 （FPGA）。

　　在图中，X 射线源经行李箱将信号发送到 x 射线探测器。X 射线设备的工作是在短时间内构建行李箱的完整图像，以减少旅客的不满。前端获取探测器信号并执行信号调节功能，例如模拟增益和电平位移。然后信号被提供给 SAR ADC，在本例中为 Analog Devices 的 AD7625BCPZ。 SAR ADC 之前的放大器提供适当的稳定功能，在放大器与 SAR ADC 之间通常有一个一阶低通滤波器。该 SAR ADC 能够以高达 6 MSPS 的速度采样（每 167 纳秒 ［ns］ 采样一次），可以在短时间内获得多个快照。