一种3位sar adc仿真验证
3位sar adc采用下图的电容阵列，电路如下图：所有电容的正端（也称为上极板）与比较器的同相端连接，比较器反相端接gnd，其工作过程进行大致分析见之前的文章《一种3位sar adc工作过程推导（二）》，下面对这个电路进行仿真验证。
两个参考电压\(V_{refP}\)和\(V_{refN}\)，\(V_{-}=V_{vrefN}\)，假设\(\frac{5}{8}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN}<V_{in}<\frac{6}{8}(V_{refP}-V_{refN})\)
仿真过程（一）：
绘制仿真原理图，设置好参数：Vin=800 mV，VrefP=1.2V，VrefN=0 V，\(\frac{5}{8}\cdot(1.2-0)+0<V_{in}<\frac{6}{8}\cdot(1.2-0)+0\)，采用理想开关switch。
下图为仿真波形图，经过4个步骤，输入电压Vin分别与\(\frac{V_{refP}-V_{refN}}{2}+V_{refN},\frac{3}{4}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN},\frac{5}{8}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN}\)进行比较，所以Vplus分别为\(V_{in}-[\frac{V_{refP}-V_{refN}}{2}+V_{refN}],V_{in}-[\frac{3}{4}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN}],V_{in}-[\frac{5}{8}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN}]\).
- step1: \(V_{plus}=0.8 V\)
- step2: \(V_{plus}=0.8-0.6=0.2 V\)
- step3: \(V_{plus}=0.8-0.9=-0.1 V\)
- step4: \(V_{plus}=0.8-0.75=0.05 V\)
仿真过程（二）：
设置参数：Vin=950 mV，VrefP=1.2V，VrefN=0 .4V，\(\frac{5}{8}\cdot(1.2-0.4)+0.4<V_{in}<\frac{6}{8}\cdot(1.2-0.4)+0.4\)，采用理想开关switch。
下图为仿真波形图，经过4个步骤，输入电压Vin分别与\(\frac{V_{refP}-V_{refN}}{2}+V_{refN},\frac{3}{4}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN},\frac{5}{8}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN}\)进行比较，所以Vplus分别为\(V_{in}-\frac{V_{refP}-V_{refN}}{2},V_{in}-\frac{3}{4}(V_{refP}-V_{refN}),V_{in}-\frac{5}{8}(V_{refP}-V_{refN})\).
- step1: \(V_{plus}=0.95 V\)
- step2: \(V_{plus}=0.95-\frac{1}{2}\times(1.2-0.4)=0.55 V\)
- step3: \(V_{plus}=0.95-\frac{3}{4}\times(1.2-0.4)=0.35 V\)
- step4: \(V_{plus}=0.95-\frac{5}{8}\times(1.2-0.4)=0.45 V\)
小结
- 当反相输入端为gnd，比较器同相输入电压Vplus的值可能会有负数，所以比较器应该采用pmos作为输入管
- 理想开关也会有很小导通电阻，存在开关损耗，所以开关需要自举开关（自举电路）
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