一种4位sar adc仿真验证

4位sar adc采用下图的电容阵列，电路如下图：所有电容的正端（也称为上极板）与比较器的反相端连接，比较器同相端接Vin，其工作过程进行大致分析见之前的文章《一种4位sar adc工作过程推导（三）》，下面对这个电路进行仿真验证。

4bit_adc_step4原理图（三）

两个参考电压V_{refP}和V_{refN}，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}

仿真过程（一）：

绘制仿真原理图，设置好参数：Vin=850 mV，VrefP=1.2V，VrefN=0 V，\frac{11}{16}\cdot(1.2-0)+0<V_{in}<\frac{12}{16}\cdot(1.2-0)+0，采用理想开关（switch）和实际的开关（switch2to1）。

4bit_adc仿真原理图

下图为仿真波形图，经过4个步骤，输入电压Vin分别与\frac{V_{refP}-V_{refN}}{2}+V_{refN},\frac{3}{4}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN},\frac{5}{8}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN},\frac{11}{16}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN}进行比较，所以Vminus分别为\frac{V_{refP}-V_{refN}}{2}+V_{refN},\frac{3}{4}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN},\frac{5}{8}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN},\frac{11}{16}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN}.

  • step1: V_{minus}=\frac{1}{2}\times1.2=0.6 V
  • step2: V_{minus}=\frac{3}{4}\times1.2=0.9 V
  • step3: V_{minus}=\frac{5}{8}\times1.2=0.75 V
  • step4: V_{minus}=\frac{11}{16}\times1.2=0.825 V
4bit_adc仿真波形图

仿真过程（二）：

绘制仿真原理图，设置好参数：Vin=980 mV，VrefP=1.2V，VrefN=0.4 V，\frac{11}{16}\cdot(1.2-0.4)+0.4<V_{in}<\frac{12}{16}\cdot(1.2-0.4)+0.4，采用理想开关（switch）和实际的开关（switch2to1）。

4bit_adc仿真原理图2

下图为仿真波形图，经过4个步骤，输入电压Vin分别与\frac{V_{refP}-V_{refN}}{2}+V_{refN},\frac{3}{4}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN},\frac{5}{8}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN},\frac{11}{16}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN}进行比较，所以Vminus分别为\frac{V_{refP}-V_{refN}}{2}+V_{refN},\frac{3}{4}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN},\frac{5}{8}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN},\frac{11}{16}(V_{refP}-V_{refN})+V_{refN}.

  • step1: V_{minus}=\frac{1}{2}\times(1.2-0.8)+0.4=0.8 V
  • step2: V_{minus}=\frac{3}{4}\times(1.2-0.8)+0.4=1 V
  • step3: V_{minus}=\frac{5}{8}\times(1.2-0.8)+0.4=0.9 V
  • step4: V_{minus}=\frac{11}{16}\times(1.2-0.8)+0.4=0.95 V
4bit_adc仿真波形图2

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