ADI SAR ADC产品组合提供模拟输入架构

鸡鸣过后，太阳还没完全从地平线跳出来，空气中含着些微的冷气，老店迎来了第一位客人。

老板寒暄："今儿个来真早，要点什么？"

"SAR ADC模拟输入架构的输入器件。"

"得嘞，您是要单端输入，伪差分输入还是差分输入呢？"

客人微微皱眉："这么多类型，可怎么选好？"

老板笑道："这些输入类型的器件我这儿全都有，这就说说其中的门道。。。"

什么是 SAR ADC

逐次逼近型模数转换器又称SAR ADC，是通用级模数转换器，可产生连续模拟波形的数字离散时间表示。它们通过电荷再分配过程完成这一任务；在此过程中，已知的定量电荷与ADC输入端获取的电荷量相比较。期间针对所有可能的数字代码（量化电平）执行二进制搜索，最终结果收敛至某一代码，使内部集成的比较器返回平衡状态。0和1的组合表示电路产生的决策序列，使系统回到均衡状态。

SAR ADC是通用、易用、完全异步的数据转换器。但是，决定特定应用使用哪种转换器时，仍需做出一些选择。本文具体讨论ADI SAR ADC产品组合提供的模拟输入信号类型。但应注意，尽管本文关注的是SAR ADC，输入类型通用于所有ADC架构。根据所考虑电路的信号源类型或总体目标，需要做出特定设计决策和权衡。最简单的解决方案是匹配ADC输入类型与信号源输出配置。不过，源信号可能需要改变信号类型的调理，或者存在成本、功率或面积考虑因素，影响模拟输入类型决策。我们来了解一下不同的可用模拟输入类型。

单端输入

最简单的模拟输入类型是单端输入。此时，信号从来源到达ADC仅需要一条线路。这种情况下将使用单个输入引脚，无信号源直接返回或感测路径。相对于ADC的接地引脚产生转换结果。根据特定器件，输入可能为单极性或双极性。单端情况下，简单是其优点。信号从来源到达ADC仅需要一条走线。这可以减少系统复杂性，同时降低总信号链的功耗。当然简单也可能有代价。单端设置不会抑制信号链内的直流失调。单端系统需要相对于载流地层执行测量，信号源接地与ADC接地之间的电压差异可能出现在转换结果中。而且，设置更易受耦合噪声影响。因此，信号源和ADC应彼此靠近，以缓解这些效应。

图1. 单端单极性

如果SAR ADC是单极性单端配置，容许信号摆幅介于接地与正满量程之间，通常由ADC基准电压输入设置。单端单极性输入的直观表示可参见图1。采用单端单极性输入的器件有AD7091R和AD7091R-8。

图2. 单端双极性

如果SAR ADC是双极性单端配置，容许信号摆幅介于对地正满量程与负满量程之间。同样，满量程通常由ADC基准电压输入设置。单端双极性输入的直观表示可参见上图。采用单端双极性输入的器件有AD7656A-1。

伪差分输入

如果需要感测信号地或从载流地层解耦相对测量结果，信号链设计人员可能考虑迁移至伪差分输入结构。伪差分器件本质上是带参考地的单端ADC。器件执行差分测量，但检测的差分电压是相对于输入信号接地电平测量的单端输入信号。单端输入被驱动至ADC的正输入端(IN+)，输入接地电平被驱动至ADC的负输入端(IN–)。需要注意的是，信号链设计人员必须注意负输入的模拟输入范围。

图3. 绝对输入电压示例

一些情况中，负输入引脚相对于正输入具有有限的输入范围。这些情况下，正输入可在容许输入电压范围内自由摆动，而ADC的负输入可限制在ADC接地附近的较小±电压范围内。每个ADC输入的容许输入范围可在数据手册中找到。参见"绝对输入电压"规格表。

如果具有有限IN–电压范围的伪差分器件（比如AD7980）需要抑制大于绝对输入电压范围的干扰信号，信号链设计人员可能需要考虑仪表放大器，以在信号到达ADC前消除较大的共模。有三种伪差分配置：单极性、伪双极性及真双极性。ADI SAR ADC产品组合提供采用以上每一种配置的器件。采用单极性伪差分输入的器件有AD7980和AD7988-5。

图4. 单极性伪差分

在单极性伪差分设置中，单端单极性信号被驱动至ADC的正输入端，信号源地被驱动至负ADC输入端，如图所示。

在伪双极性设置中，单端单极性信号被驱动至ADC的正输入端。然而，信号源地未被驱动至ADC的负输入端，此输入到达满量程电压的一半。本例中，输入范围为±V_FS /2，而非0至V_FS 。未出现动态范围增加，单极性情况与伪双极性情况之间的差异是测量正输入所依靠的相对电压。提供伪双极性输入选项的器件有AD7689。

图5. 伪双极性

与单极性伪差分情况相同，伪双极性负输入具有有限的输入范围。不过，此时电压将在V_FS/2而非接地左右变化。上图是伪双极性输入范围图。本例中，V_OFF = V_FS/2。