圖3.過(guò)采樣分布在-3 dB條件下截止頻率與阻帶起點(diǎn)之間的過(guò)渡帶。

最新的技術(shù)為近年來(lái)顯著提升的高精度SAR ADC轉(zhuǎn)換速率提供了可能，目前在18位分辨率下，此等轉(zhuǎn)換速率在1 MSPS與15 MSPS之間。相比之下，具有同等分辨率的寬帶Σ-Δ ADC的速率幾乎要低一個(gè)數(shù)量級(jí)，存在突出的延遲問(wèn)題，并且其通帶紋波太高，無(wú)法用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、其他測(cè)量?jī)x器儀表等應(yīng)用?；径裕傮w計(jì)量精度決定著后者的特性，這與靜態(tài)(dc)和動(dòng)態(tài)(ac)參數(shù)都有關(guān)系，因此這些系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換器和附帶的模擬調(diào)理電路在規(guī)格上必須達(dá)到頂級(jí)要求。

這些規(guī)格包括失調(diào)、增益和對(duì)應(yīng)的漂移誤差、積分非線性(INL)和差分(DNL)誤差等常見特性，還包括信噪比(SNR)、諧波失真和雜散音（無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)）。SAR ADC在部分這些參數(shù)以及瞬態(tài)響應(yīng)、模擬輸入過(guò)載和零延遲方面具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)(INL)，為單次模式下多路輸入系統(tǒng)的運(yùn)行或采集的觸發(fā)提供了保障。

相反，除LTC2512和LTC2500-32以外，大多數(shù)SAR ADC不包括數(shù)字濾波器，因此其運(yùn)行不受一些不可避免的數(shù)字低通濾波的阻礙或限制，否則，就會(huì)在計(jì)算精度、帶通紋波、衰減阻帶抑制、傳播時(shí)間和功耗之間進(jìn)行平衡。在大多數(shù)情況下，用戶無(wú)法控制這些Σ-Δ轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部濾波器系數(shù)值，不得不湊合了事。

LTC2378-20：市場(chǎng)上的首款20位SAR ADC

在對(duì)性能的角逐中，2014年，凌力爾特公司（現(xiàn)為ADI公司的一部分）向客戶推出了具有20位分辨率和真正線性度的第一款逐次逼近型ADC，將競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手打了個(gè)措手不及。LTC2378-20是一款出色的轉(zhuǎn)換器，在接近MSPS的所有其他競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品中仍然保持著自己的優(yōu)勢(shì)。

LTC2378曾經(jīng)的友敵，AD4020是ADI公司首款能以1.8 MSPS速率數(shù)字化10 V峰峰值差分信號(hào)的20位SAR ADC。它結(jié)合了低噪聲、低功耗以及LTC2378的所有特性：動(dòng)態(tài)壓縮、鉗位電路、電荷轉(zhuǎn)移補(bǔ)償，支持使用低功耗精密放大器（高阻抗模式）等。采用1.8 V電源供電，1.8 MSPS速率下，功耗僅為15 mW。350 ns的轉(zhuǎn)換時(shí)間創(chuàng)下紀(jì)錄，使其在延長(zhǎng)采集時(shí)間或讀取數(shù)據(jù)方面游刃有余。其采用10引腳MSOP或10引腳QFN封裝，與AD40xx家族的其他16位至18位成員相同。在–40°C至125°C溫度范圍內(nèi)，其規(guī)格和運(yùn)行完全有保證。

LTC2378-20和AD4020的采樣速率分別為1 MSPS和1.8 MSPS，為過(guò)采樣帶來(lái)了具有重要意義的可能性，特別是音頻頻段或更高頻段。為此，必須在外部FPGA或DSP中搭載定制型抽取濾波器。如前所述，可以繞過(guò)后者，以在必要時(shí)將其延遲降至最低?；谶@些初級(jí)采樣速率值，考慮到0 kHz至25 kHz頻段，相應(yīng)的過(guò)采樣因子約為16或32，處理增益為12 dB至18 dB，同時(shí)還嚴(yán)格按照奈奎斯特定理，簡(jiǎn)化了常規(guī)操作條件下的抗混疊低通濾波器。

ADC至DSP鏈路：一切皆為串行

近年來(lái)，半導(dǎo)體行業(yè)及其設(shè)計(jì)師圈子明顯傾向于減小元件尺寸，使外殼引腳真正瘦身，并且還要調(diào)整需要與SPI總線、同步串口等連接的幾乎所有串行數(shù)字輸入或輸出。問(wèn)題是，這些轉(zhuǎn)換器卻沒有留下用于抽取樣本和控制ADC的各功能選項(xiàng)的串行接口。根據(jù)其規(guī)格，這些串行接口兼容SPI或DSP串口，但實(shí)際并非如此。它們最多隱藏了負(fù)責(zé)設(shè)置時(shí)鐘信號(hào)節(jié)奏的移位寄存器，用于從器件中提取數(shù)據(jù)，或者在配置期間注入數(shù)據(jù)。就如所有這些SAR ADC一樣，LTC2378-20和AD4020在頻率上要求串行時(shí)鐘(SCK)在額定采樣速率下，以20位為單位恢復(fù)數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)讀取階段嚴(yán)格限制在采集時(shí)間（約300 ns）范圍以內(nèi)，因此在轉(zhuǎn)換期間，必須將外部訪問(wèn)時(shí)的數(shù)字活動(dòng)減至完全靜音；并且要以1 MSPS的采樣速率，在分配的時(shí)間內(nèi)從采樣恢復(fù)所有位，時(shí)鐘頻率必須達(dá)到60MHz以上。無(wú)論是產(chǎn)生這樣的時(shí)鐘頻率，還是要在接收器端實(shí)現(xiàn)的時(shí)間規(guī)格，對(duì)于負(fù)責(zé)從ADC收集數(shù)據(jù)的控制器上的接口來(lái)說(shuō)，這都是嚴(yán)格的限制。LTC2378-20要求最低SCK信號(hào)頻率達(dá)到64 MHz，這意味著，它不能連接任何通用微控制器或搭載最高頻率略微超過(guò)50 MHz的同步串口(SPORT)的DSP，Blackfin處理器®家族的一些成員除外，如ADSP-BF533、ADSP-BF561，其速率可以達(dá)到90 Mbps。因此，有人擔(dān)心，需要使用搭載了低抖動(dòng)時(shí)鐘產(chǎn)生電路相關(guān)的大型CPLD或FPGA。串行輸出SAR ADC的大多數(shù)數(shù)字接口或多或少具有相同的時(shí)序和邏輯信號(hào)模式，如圖4所示。對(duì)于SDI配置輸入，除了級(jí)聯(lián)模式之外，還對(duì)它提出了低得多的頻率要求。ADC采樣周期的等效全周期時(shí)間為

   

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