在圖中，X 射線源經行李箱將信號發送到 x 射線探測器。X 射線設備的工作是在短時間內構建行李箱的完整圖像
，以減少旅客的不滿。

 

前端獲取探測器信號並執行信號調節功能，例如模擬增益和電平位移。然後信號被提供給 SAR ADC，在本例中為 Analog Devices 的 AD7625BCPZ。

 

SAR ADC 之前的放大器提供適當的穩定功能，在放大器與 SAR ADC 之間通常有一個一階低通濾波器。該 SAR ADC 能夠以高達 6 MSPS 的速度采樣（每 167 納秒 [ns] 采樣一次），可以在短時間內獲得多個快照。

 

SAR ADC 輸入級的核心已簡化

 

隨著時間的推移，SAR ADC 經曆了許多增強和改進，但在所有情況下，轉換期間的主要活動都是電荷再分配
，這是逐次逼近 ADC 最常見的實現形式之一。此外，與 S-D 和流水線轉換器不同，SAR ADC 還具有零延遲優勢。

 

在最簡單的層麵上，很容易看到信號快照發生的位置。SAR ADC 輸入核心包含輸入信號采集開關 (S1)、電容陣列、轉換開關 (SC) 和內部基準電壓 (½ VREF)（圖 2）。

 

 

SAR ADC 核心的工作方式如下：

 

S1 打開，SC 關閉：斷開輸入級與模擬信號源的連接。

C 上的電荷通過 ½ VREF 重新校準。這種重新校準使 SAR ADC 清零。

然後，S1 關閉，SC 打開：現在
，該設備已連接到輸入模擬信號。

SAR ADC 在預定的采集時間內采集輸入信號 VS。此采集時間可產生 S1 和 SC 開關噪聲
，以及放大器突然暴露於電容加載和開關噪聲。

然後，S1 打開：這是發生信號快照的確切實例。

SAR ADC 將 VC 處的信號轉換為數字表示。執行此操作花費的時間就是“轉換時間”。

SAR ADC 輸入級的核心詳細信息

 

轉換核心可對在 VC 處(chu)所(suo)采(cai)集(ji)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)電(dian)荷(he)再(zai)分(fen)配(pei)。轉(zhuan)換(huan)器(qi)電(dian)荷(he)再(zai)分(fen)配(pei)的(de)協(xie)調(tiao)發(fa)生(sheng)在(zai)核(he)心(xin)中(zhong)
，由(you)時(shi)鍾(zhong)進(jin)行(xing)門(men)控(kong)。通(tong)過(guo)此(ci)過(guo)程(cheng)，每(mei)個(ge)時(shi)鍾(zhong)控(kong)製(zhi)的(de)數(shu)字(zi)輸(shu)出(chu)代(dai)碼(ma)會(hui)到(dao)達(da) SAR ADC 的 DOUT 輸出（圖 3）。

 

 

在轉換過程中，SAR ADC 算法首先會確定最高有效位 (MSB)。SAR ADC 通過在 V- 和 VREF 比較器輸入之間切換 16C 電容器的底部，開始測試與 ½ VREF 相比的信號幅度。在 SAR ADC 轉換線中，下一個比較是針對 ½ VREF 測試 8C（未顯示），然後是 4C 測試

，等等。

 

SAR ADC 輸出轉換詳細信息

 

MSB 決策會立即通過 DOUT 引腳發送

，而在進行 MSB 1 決策時

，MSB 開關會保持凍結狀態。SAR ADC 會一直執行此算法，直到最終選擇最低有效位 (LSB)（圖 4）。

 

 

在圖 4 中
，SAR ADC 時鍾控製的位決策順序是從 MSB 一直到 LSB。所有轉換數據在時鍾控製下繼續通過圖 3 右上角的 DOUT 立即輸出。完整的吞吐時間通常需要足夠的時間來采集信號，並且每個位需要一個時鍾周期。

 

SAR ADC 轉換挑戰

 

設計人員必須了解信號的建立時間量，以確保從轉換中捕獲正確的模擬值（圖 5）。

 

 

在圖 5 中，輸入信號 VC 在轉換器輸入開關打開之前未達到最終所需電壓。出現這種情況是因為電路設計人員錯誤地計算了放大器輸入信號的建立時間。

 

AD4020BCPZ-RL7 20 位 1.8 MSPS SAR ADC 通過延長采集相位的同時仍保持吞吐率，降低了信號采集的複雜性。它具有 100.5 dB 的低信噪比 (SNR)。

 

SAR AD 傳遞函數

 

ADC 的可能代碼數等於 2N
，其中 N 是位數。例如，4 位轉換器具有 24 或 16 個單獨的可用代碼（圖 6）。

 

 

繪製圖像

 

SAR ADC 的吞吐率包括采集時間和轉換時間
，以讓 Analog Devices 的 AD4020BCPZ-RL7 在 20 位分辨率下的吞吐率高達 1.8 MSPS。利用 AD4020BCPZ-RL7 吞吐速度，可以獲取多個快照並創建用於機器自動化和醫療設備的數字圖片渲染解決方案。

 

總結

 

從過程控製到醫療和消費類應用，SAR ADC 憑借獲取信號快照的能力及不斷提高的分辨率和速度，持續證明其價值。目前的 SAR ADC 具有 8 到 20 位的分辨率
，吞吐率高達 15 MSPS。Analog Devices 的 AD4020BCPZ-RL 就是一個例子，其具有低噪聲、高速、20 位、1.8 MSPS 的精度。但是，SAR ADC 轉換器架構的發展還未結束。未來還會有更多產品。