引言

长期以来，我一直在使用ADC，却从未深入了解过其内部原理以及如何实现最佳精度。最近阅读了一篇ST的官方文档，对此有了一些新的认识，因此我想将这些知识整理分享给大家。

SAR ADC内部架构

在STM32微控制器中，内置的ADC采用了SAR（逐次逼近）原理，通过多步执行转换来实现。转换的步数等于ADC转换器的位数，每一步都由ADC时钟驱动。每一个ADC时钟周期会产生一位输出结果，因此ADC的内部设计基于切换电容技术。

下面的图表展示了ADC的工作原理。虽然示例仅展示了逼近转换的前几步，但实际过程会持续到最低有效位（LSB）为止。

SAR切换电容ADC的基本原理（以10位ADC为例）

采样状态

采样状态：电容充电至电压VIN。Sa切换至VIN，采样期间Sb开关闭合

保持状态

保持状态：输入断开，电容保持输入电压。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、第一个逼近步骤。S1切换至VREF。VIN与VREF/2比较

2、如果MSB = 0，则与¼VREF进行比较，S1切换回接地。S2切换至VREF。

3、如果MSB = 1，则与¾VREF进行比较，S1保持接地。S2切换至VREF。

重复如上步骤，直到LSB为止。可以简单理解为二分法逐次进行输入电压与参考电压的比较。首次于VREF/2比较，下次比较根据上次比较结果决定，如果MSB=1则与¾VREF比较。如果MSB=0则与¼VREF比较。后面决定与1/8VREF 3/8VREF、 5/8VREF、 7/8VREF之一做比较。循环直到输出LSB为止。

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