一种4位sar adc工作过程推导(三)
4位sar adc采用下图的CDAC,此次讨论参考电压的选取为一般情况下(\(V_{refP}>V_{refN}\)),没有设定\(V_{refN}=0\)这个条件。
\(V_{+}=V_{in}\),假设\(\frac{11}{16}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN}<V_{in}<\frac{12}{16}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN}\)
分析过程:
step0:
\(\phi_{1}\)开关闭合,比较器同相端接Vin,反相端接VrefN,电容负端都接VrefN
电容上存储的电荷为\(\begin{aligned} &Q=(V_{refN}-V_{refN})\cdot16C=0 \end{aligned}\)
\(V_{+}=V_{in}\),\(V_{-}=V_{refN}\)
step1:
首先将开关\(\phi_{1}\)断开,电容8C的负端接VrefP,其余电容接VrefN不变
根据电容上的电荷量相等,可得
\(\begin{aligned} &(V_{-}-V_{refP})\cdot8C+(V_{-}-V_{refN})\cdot8C=0 \end{aligned}\)
\(\Rightarrow V_{-}=\frac{1}{2}(V_{refP}+V_{refN})\)
则
第1次:\(V_{in}\)与\(\frac{1}{2}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN}\)两者进行比较,则比较器输出为高电平,即最高位D3=1
step2:
因为最高位D3=1,所以电容8C和4C的负端接VrefP;其余电容的负端保持接VrefN
根据电容上的电荷量相等,可得
\(\begin{aligned} &(V_{-}-V_{refP})\cdot12C+(V_{-}-V_{refN})\cdot4C=0 \end{aligned}\)
\(\Rightarrow V_{-}=\frac{3}{4}V_{refP}+\frac{1}{4}V_{refN}\)
则
第2次:\(V_{in}\)与\(\frac{3}{4}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN}\)两者进行比较,则比较器输出为低电平,即次高位D2=0
step3:
因为D3D2=10,所以电容8C和2C的负端接VrefP;其余电容的负端保持接VrefN
根据电容上的电荷量相等,可得
\(\begin{aligned} &(V_{-}-V_{refP})\cdot10C+(V_{-}-V_{refN})\cdot6C=0 \end{aligned}\)
\(\Rightarrow V_{-}=\frac{5}{8}V_{refP}+\frac{3}{8}V_{refN}\)
则
第3次:\(V_{in}\)与\(\frac{5}{8}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN}\)两者进行比较,则比较器输出为高电平,即次低位D1=1
step4:
因为D3D2D1=101,所以电容8C、2C和一个电容C的负端接VrefP;其余电容的负端保持接VrefN
根据电容上的电荷量相等,可得
\(\begin{aligned} &(V_{-}-V_{refP})\cdot11C+(V_{-}-V_{refN})\cdot5C=0 \end{aligned}\)
\(\Rightarrow V_{-}=\frac{11}{16}V_{refP}+\frac{5}{16}V_{refN}\)
则
第4次:\(V_{in}\)与\(\frac{11}{16}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN}\)两者进行比较,则比较器输出为高电平,即最低位D0=1
所以4位sar adc输出数字码为D3D2D1D0=1011
小结
与前文《一种3位sar adc仿真验证》的仿真结果相比,比较器两端不会出现负电压。
电路使用24个电容实现4位sar adc的逐次逼近,是位数较低的sar adc的一种经典实现方式。
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