SAR切换电容ADC的基本原理

前言

用了这么久ADC,从没细看过ADC的内部原理和如何获得最佳精度，今天看到一篇ST的官方文档讲的不错，这里整理分享给大家。

SAR ADC内部结构

STM32微控制器中内置的ADC使用SAR（逐次逼近）原则，分多步执行转换。转换步骤数等 于ADC转换器中的位数。每个步骤均由ADC时钟驱动。每个ADC时钟从结果到输出产生一 位。ADC的内部设计基于切换电容技术。

下面的图介绍了ADC的工作原理。下面的示例仅显示了逼近的前面几步，但 是该过程会持续到LSB为止

SAR切换电容ADC的基本原理（10位ADC示例）

带数字输出的ADC基本原理图

采样状态

采样状态：电容充电至电压VIN。Sa切换至VIN，采样期间Sb开关闭合

保持状态

保持状态：输入断开，电容保持输入电压。Sb开关打开，然后S1-S11切换至接地且Sa切换至VREF。

逐次逼近

1、第一个逼近步骤。S1切换至VREF。VIN与VREF/2比较

2、如果MSB = 0，则与¼VREF进行比较，S1切换回接地。S2切换至VREF。

3、如果MSB = 1，则与¾VREF进行比较，S1保持接地。S2切换至VREF。

重复如上步骤，直到LSB为止。可以简单理解为二分法逐次进行输入电压与参考电压的比较。首次于VREF/2比较，下次比较根据上次比较结果决定，如果MSB=1则与¾VREF比较。如果MSB=0则与¼VREF比较。后面决定与1/8VREF 3/8VREF、 5/8VREF、 7/8VREF之一做比较。循环直到输出LSB为止。

编辑：黄飞