深入剖析：ADC 内部原理全解析

在电子领域中，ADC（模拟 - 数字转换器）是极为关键的器件，它能将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，广泛应用于各种电子设备中。然而，很多人在使用 ADC 时，往往没有深入探究其内部原理以及如何获得精度。今天，我们就基于 ST 的文档，来详细剖析一下 SAR ADC 的内部结构和工作原理。

STM32 微控制器中内置的 ADC 采用 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。其内部设计基于切换电容技术。

下面的图展示了 ADC 的工作原理。这里仅以 10 位 ADC 为例，介绍了逼近的前面几步，但该过程会持续到 LSB（有效位）为止。

带数字输出的 ADC 基本原理图

采样状态

在采样状态下，电容充电至电压 VIN。此时，Sa 切换至 VIN，采样期间 Sb 开关闭合。

保持状态

进入保持状态时，输入断开，电容保持输入电压。具体操作是，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. 个逼近步骤：S1 切换至 VREF，将 VIN 与 VREF/2 进行比较。
   

   

2. MSB = 0 的情况：如果 MSB（有效位） = 0，则与 ?VREF 进行比较，S1 切换回接地，S2 切换至 VREF。
   

   

3. MSB = 1 的情况：若 MSB = 1，则与 ?VREF 进行比较，S1 保持接地，S2 切换至 VREF。
   

   

后续会重复上述步骤，直到输出 LSB 为止。简单来说，这就是通过二分法逐次进行输入电压与参考电压的比较。首次与 VREF/2 比较，下次比较根据上次比较结果决定，如果 MSB = 1 则与 ?VREF 比较，如果 MSB = 0 则与 ?VREF 比较，之后再决定与 1/8VREF、3/8VREF、5/8VREF、7/8VREF 之一做比较，如此循环直至完成整个转换过程。