逐次逼近型ADC：确保有效的首次转换
具有高达18位分辨率和10 msps采样速率的逐次逼近型模数转换器（adc）可满足许多数据采集应用的需求，包括便携式、工业、医疗和通信。本文介绍如何初始化逐次逼近型adc以获得有效转换。
逐次逼近架构
逐次逼近型adc由四个主要子电路组成：采样保持放大器（sha）、模拟比较器、基准数模转换器（dac）和逐次逼近寄存器（sar）。由于sar控制转换器的运行，因此逐次逼近转换器通常称为sar adc。
图1.基本 sar adc 架构。
上电和初始化后，convert 上的信号开始转换周期。开关闭合，将模拟输入连接到 sha，sha 获取输入电压。当开关断开时，比较器确定现在存储在保持电容上的模拟输入是大于还是小于dac电压。首先，最高有效位（msb）导通，将dac输出电压设置为中间电平。比较器输出建立后，如果dac输出大于模拟输入，则逐次逼近寄存器关断msb，如果输出较小，则保持导通。该过程以下一个最高有效位重复，如果比较器确定dac输出大于模拟输入，则将其关闭，如果输出较小，则保持导通。这种二分搜索一直持续到测试寄存器中的每个位为止。由此产生的dac输入是采样输入电压的数字近似值，由adc在转换结束时输出。
与sar转换代码相关的因素
本文讨论与有效的首次转化相关的以下因素：
电源时序 （ad765x-1）
访问控制 （ad7367）
复位 （ad765x-1/ad7606）
精炼/重新输出 （ad765x-1）
模拟输入建立时间（ad7606）
模拟输入范围（ad7960）
省电/待机模式（ad760x）
延迟延迟（ad7682/ad7689、ad7766/ad7767）
数字接口时序
电源排序
一些采用多个电源工作的adc具有明确定义的上电时序。an-932应用笔记“电源排序”为设计这些adc的电源提供了很好的参考。应特别注意模拟和基准输入，因为它们通常不应超过模拟电源电压0.3 v以上。因此，agnd – 0.3 v < vin < vdd + 0.3 v，agnd – 0.3 v < vref < vdd + 0.3 v。模拟电源应在模拟输入或基准电压之前导通，否则模拟内核可能会在闩锁状态下上电。以类似的方式，数字输入应介于dgnd − 0.3 v和vio + 0.3 v之间。i/o电源必须在接口电路之前（或同时）导通，否则这些引脚上的esd二极管可能会正向偏置，并在未知状态下为数字内核上电。
电源斜坡期间的数据访问
请勿在电源稳定之前访问adc，因为这可能会使其处于未知状态。图2显示了一个示例，其中主机fpga尝试从ad7367读取数据，同时dv抄送正在加速，这可能会使 adc 进入未知状态。
图2.在dvcc上升期间读取数据。
sar adc 初始化与复位
许多sar adc，如ad760x和ad765x-1，上电后需要复位才能初始化。在所有电源稳定后，应施加指定的reset脉冲，以确保adc以预期状态启动，数字逻辑控制处于默认状态，转换数据寄存器清零。上电后，电压开始在 ref 上积聚在/裁判外引脚，adc进入采集模式，并配置用户指定的模式。完全上电后，ad760x应看到上升沿复位，以将其配置为正常工作。reset高脉冲通常应为50 ns宽。
建立基准电压
adc将模拟输入电压转换为参考基准电压的数字代码，因此基准电压在首次转换之前必须稳定。许多sar adc具有参考电压在/裁判外引脚和 ref 或 refcap 引脚。外部基准可通过 ref 使内部基准过驱动在/裁判外引脚或内部基准可以直接驱动缓冲器。refcap引脚上的电容对内部缓冲器输出进行去耦，这是用于转换的基准电压。图3所示为ad765x-1数据手册中的基准电压源电路示例。
图3.基准电压源电路ad765x-1
确保 ref 或 refcap 上的电压在第一次转换之前已经稳定。压摆率和建立时间因不同的储能电容而异，如图4所示。
图4.ad7656-1 refcapa/b/c引脚上的电压斜坡，采用不同的电容。
此外，设计不当的基准电压源电路会导致严重的转换误差。基准电压源问题的最常见表现是“卡住”代码，这可能是由储能电容的尺寸和位置、驱动强度不足或输入端噪声较大引起的。alan walsh 撰写的《精密逐次逼近型 adc 的电压参考设计》（《模拟对话》第 47 卷，第 2 期，2013 年）提供了有关 sar adc 参考设计的详细信息。
模拟输入建立时间
对于多通道、多路复用应用，驱动器放大器和adc的模拟输入电路必须建立至16位电平（0.00076%），才能在内部电容阵列上进行满量程步进。遗憾的是，放大器数据手册通常规定建立至0.1%或0.01%电平。指定的建立时间可能与16位级别的建立时间有很大不同，因此在选择驱动器之前需要进行验证。
特别注意多路复用应用中的建立时间。多路复用器切换后，确保在转换开始之前留出足够的时间让模拟输入建立到指定的精度。将ad7606与多路复用器配合使用时，±10 v输入范围至少留出80 μs，±5 v输入范围至少留出88 μs，以使所选通道有足够的时间建立至16位分辨率。alan walsh 的《精密 sar 模数转换器的前端放大器和 rc 滤波器设计》（《模拟对话》第 46 卷，第 4 期，2012 年）提供了有关放大器选择的更多详细信息。
模拟输入范围
确保模拟输入在指定的输入范围内，特别注意具有指定共模电压的差分输入范围，如图5所示。
图5.具有共模电压的全差分输入。
例如，ad7960 18位、5 msps sar adc的差分输入范围为–vref至+vref，但折合到地端的vin+和vin−均应在–0.1 v至vref + 0.1 v范围内，共模电压应在vref/2左右，如表1所示。
表 1.ad7960的模拟输入规格
参数 测试条件/
注释 最小值 典型值 max 单位
电压范围 vin+− vin− −v裁判 +vref v
工作输入电压 vin+， vin−到接地 −0.1 vref + 0.1 v
共模输入范围 vref/ 2 − 0.05 vref/2 vref/ 2 + 0.05 v
使sar adc退出省电或待机模式
为了节省功耗，一些sar adc在空闲时进入省电或待机模式。确保adc在第一次转换开始之前退出此低功耗模式。例如，ad7606系列提供两种省电模式：完全关断和待机。这些模式由 gpio 引脚 stby 和 range 控制。
图6显示，当stby和range恢复为高电平时，ad7606从完全关断模式进入正常模式，并配置为±10 v范围。此时，regcapa、regcapb 和 regcap 引脚将上电至数据手册中概述的正确电压。待机模式时，上电时间约为100 μs，但外部基准电压源模式下约为13 ms。当从关断模式上电时，必须在所需的上电时间过后施加reset信号。数据手册规定了上电和复位上升沿之间所需的时间，如t唤醒关机.
图6.ad7606初始化时序
具有延迟延迟的sar adc
一种普遍的看法是，sar adc 没有延迟延迟，但某些 sar adc 具有配置更新的延迟延迟，因此在延迟延迟（可能是几个转换周期）过去之前，第一个有效的转换代码可能未定义。
例如，ad7985具有两种工作转换模式：睿频和正常。睿频模式可实现高达 2.5 msps 的最快转换速率，不会在两次转换之间掉电。涡轮模式下的第一次转换包含无意义的数据，应忽略。另一方面，在正常模式下，第一次转换是有意义的。
对于ad7682/ad7689，上电后的前三个转换结果尚未确定，因为直到第二个eoc之后才会进行有效配置。因此，需要两个虚拟转换，如图7所示。
图7.ad7682/ad7689的一般时序。
在硬件模式下使用ad765x-1时，range引脚的逻辑状态在busy 信号的下降沿进行采样，以确定下一次同步转换的范围。经过有效的reset脉冲后，ad765x-1默认工作在±4 × vref范围内，没有延迟问题。但是，如果ad765x-1的工作电压范围为±2 × vref范围，则必须使用一个虚拟转换周期来选择busy第一个下降沿的范围。
此外，一些sar adc（如过采样sar adc7766/ad7767）具有后数字滤波器，会导致额外的延迟延迟。当多路复用此类adc的模拟输入时，主机必须等待完整的数字滤波器建立时间，才能获得有效的转换结果;在此建立时间之后，可以切换通道。
如表2所示，ad7766/ad7767的延迟为74除以输出数据速率（74/odr）。以128 khz的最大输出数据速率运行时，ad7766/ad7767支持1.729 khz多路复用器开关速率。
表 2.ad7766/ad7767的数字滤波器延迟
参数 测试条件/
注释 最小值 典型值 麦克斯 单位
组延迟 37/odr 微秒
建立时间（延迟） 完全沉降 74/odr 微秒
数字接口时序
最后但并非最不重要的一点是，主机可以通过一些常见的接口选项访问sar adc的转换结果，例如菊花链模式下的并行、并行字节、iic、spi和spi。要获得有效的转换数据，请确保遵循数据手册中的数字接口时序规格。
结论
要从sar adc获取第一个有效的转换代码，请遵循本文中讨论的建议。可能需要其他特定的配置支持;在第一个转换周期开始之前，请参阅目标sar adc数据手册或应用笔记进行初始化。
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上电和初始化后，convert 上的信号开始转换周期。开关闭合，将模拟输入连接到 sha，sha 获取输入电压。当开关断开时，比较器确定现在存储在保持电容上的模拟输入是大于还是小于dac电压。首先，最高有效位（msb）导通，将dac输出电压设置为中间电平。比较器输出建立后，如果dac输出大于模拟输入，则逐次逼近寄存器关断msb，如果输出较小，则保持导通。该过程以下一个最高有效位重复，如果比较器确定dac输出大于模拟输入，则将其关闭，如果输出较小，则保持导通。这种二分搜索一直持续到测试寄存器中的每个位为止。由此产生的dac输入是采样输入电压的数字近似值，由adc在转换结束时输出。
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复位 （ad765x-1/ad7606）
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模拟输入范围（ad7960）
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电源斜坡期间的数据访问
请勿在电源稳定之前访问adc，因为这可能会使其处于未知状态。图2显示了一个示例，其中主机fpga尝试从ad7367读取数据，同时dv抄送正在加速，这可能会使 adc 进入未知状态。
图2.在dvcc上升期间读取数据。
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adc将模拟输入电压转换为参考基准电压的数字代码，因此基准电压在首次转换之前必须稳定。许多sar adc具有参考电压在/裁判外引脚和 ref 或 refcap 引脚。外部基准可通过 ref 使内部基准过驱动在/裁判外引脚或内部基准可以直接驱动缓冲器。refcap引脚上的电容对内部缓冲器输出进行去耦，这是用于转换的基准电压。图3所示为ad765x-1数据手册中的基准电压源电路示例。
图3.基准电压源电路ad765x-1
确保 ref 或 refcap 上的电压在第一次转换之前已经稳定。压摆率和建立时间因不同的储能电容而异，如图4所示。
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模拟输入范围
确保模拟输入在指定的输入范围内，特别注意具有指定共模电压的差分输入范围，如图5所示。
图5.具有共模电压的全差分输入。
例如，ad7960 18位、5 msps sar adc的差分输入范围为–vref至+vref，但折合到地端的vin+和vin−均应在–0.1 v至vref + 0.1 v范围内，共模电压应在vref/2左右，如表1所示。
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共模输入范围 vref/ 2 − 0.05 vref/2 vref/ 2 + 0.05 v
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图6显示，当stby和range恢复为高电平时，ad7606从完全关断模式进入正常模式，并配置为±10 v范围。此时，regcapa、regcapb 和 regcap 引脚将上电至数据手册中概述的正确电压。待机模式时，上电时间约为100 μs，但外部基准电压源模式下约为13 ms。当从关断模式上电时，必须在所需的上电时间过后施加reset信号。数据手册规定了上电和复位上升沿之间所需的时间，如t唤醒关机.
图6.ad7606初始化时序
具有延迟延迟的sar adc
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图7.ad7682/ad7689的一般时序。
在硬件模式下使用ad765x-1时，range引脚的逻辑状态在busy 信号的下降沿进行采样，以确定下一次同步转换的范围。经过有效的reset脉冲后，ad765x-1默认工作在±4 × vref范围内，没有延迟问题。但是，如果ad765x-1的工作电压范围为±2 × vref范围，则必须使用一个虚拟转换周期来选择busy第一个下降沿的范围。
此外，一些sar adc（如过采样sar adc7766/ad7767）具有后数字滤波器，会导致额外的延迟延迟。当多路复用此类adc的模拟输入时，主机必须等待完整的数字滤波器建立时间，才能获得有效的转换结果;在此建立时间之后，可以切换通道。
如表2所示，ad7766/ad7767的延迟为74除以输出数据速率（74/odr）。以128 khz的最大输出数据速率运行时，ad7766/ad7767支持1.729 khz多路复用器开关速率。
表 2.ad7766/ad7767的数字滤波器延迟
参数 测试条件/
注释 最小值 典型值 麦克斯 单位
组延迟 37/odr 微秒
建立时间（延迟） 完全沉降 74/odr 微秒
数字接口时序
最后但并非最不重要的一点是，主机可以通过一些常见的接口选项访问sar adc的转换结果，例如菊花链模式下的并行、并行字节、iic、spi和spi。要获得有效的转换数据，请确保遵循数据手册中的数字接口时序规格。
结论
要从sar adc获取第一个有效的转换代码，请遵循本文中讨论的建议。可能需要其他特定的配置支持;在第一个转换周期开始之前，请参阅目标sar adc数据手册或应用笔记进行初始化。
单向晶闸管的基本结构及工作原理
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讲一些你不知道的，AGV和AMR移动智能机器人有哪些功能
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