参考链接： 天天在用的ADC，你知道内部原理吗？
接近寄存器型ADC简称SAR ADC(SAR，Successive Approximation Register)，它占据了大部分中等至高分辨率ADC市场。SAR ADC最高采样率可达5Msps，8-18分辨率。SAR架构允许高性能、低功耗ADC小尺寸包装适用于尺寸要求严格的系统。
1.SAR架构
逐次逼近型ADC多步执行转换，转换步数等于ADC转换器中的位数。每一步都由ADC时钟驱动。每一个ADC时钟从结果到输出 位。ADC基于切换电容技术的内部设计。 
尽管实现SAR ADC但其基本结构非常简单。如图所示，主要包括以下四个部分：采样保持电路(Sample and Hold)、比较器(Comp)、接近寄存器和控制电路(SARLOGIC)、D／A转换电路(DAC)。 输入电压Vin采样电压通过采样保持电路获得Vin，Vin与DAC的输出Vdac比较结果通过比较器传递给寄存器，一方面输出比较结果，另一方面控制DAC为了进行下一个转换，转换开关。
2.逐次转换的过程
许多SAR ADC具有固有采样/保持功能的电容式DAC。电容式DAC模拟输出电压是根据电荷再分配的原理产生的。DAC在SAR ADC很常用。电容式DAC包括由N个按二进制加权排列的电容组成的阵列，如下图所示： 采样状态：Sa切换至VIN，采样期间Sb开关关闭合，电容充电至电压VIN。 保持状态：输入VIN断开，Sb断开开关，然后S1-S11切换到接地，Sa切换至VREF。 逐次逼近： 第一步是接近步骤。S1切换至VREF。VIN与VREF/2比较 2、如果MSB = 0，则与?VREF进行比较，S切换回接地。S2切换至VREF。 3、如果MSB = 1，则与?VREF进行比较，S1保持接地。S2切换至VREF。
重复以上步骤，直到LSB为止。输入电压与参考电压的比较可以简单地理解为二分法。首次与VREF如果/2比较，下次比较将根据上次比较结果确定MSB=1则与?VREF比较。如果MSB=0则与?VREF比较。以后决定和1/8VREF、 3/8VREF、 5/8VREF、 7/8VREF比较一下。循环直到输出LSB为止。
3.SAR ADC与其它ADC结构的比较
3.1与流水线ADC相比
流水线ADC采用并行结构，并行结构中的每个级别同时采样一个或多个层次。这种固有的并行结构提高了数据的吞吐率，但以功耗和延迟为代价。在这种情况下，所谓的延迟被定义为ADC采样到模拟输入和输出端获取量化数据的时差。例如，一条5级流水线ADC至少有5个时钟周期的延迟，SAR延迟只有一个时钟周期。需要注意的是，延迟的定义只是相对于ADC就吞吐率而言，并不意味着SAR内部时钟是吞吐率的多倍。流水线ADC为了降低对流水线上每一级的闪速，需要频繁校准数字误差ADC (即比较器)精度要求。而SAR ADC比较器的精度只需要等同于整个系统的精度。流水线ADC一般比同级别的好SAR需要更多的硅片面积。与SAR同样，精度高于12位的流水线ADC通常需要某种形式的微调或校准。
3.2与闪速ADC相比
闪速ADC每个比较器由大量的比较器组成，包括宽带、低增益预放器和锁定器。预放器必须仅用于提供增益，不需要高线性和高精度，这意味着只有比较器的门限值才需要更高的精度。因此，闪速ADC是目前转换速度最快的架构。
通常需要考虑闪速ADC的速度以及SAR DAC低功耗和小尺寸特性。尽管高速8位闪速ADC (及其折叠/内插变种)高达1.5Gsps采样速率(例如 MAX104 、 MAX106 和 MAX108 )，但是很难找到10位的闪速ADC，12位闪速(和更高位)ADC还没有商用产品。这是因为分辨率每提高一位，闪速ADC中比较器的个数将成倍增长，同时还要保证比较器的精度是系统精度的两倍。而在SAR ADC提高分辨率需要更准确的元素，但复杂性不会按指数率增加。当然，SAR ADC速度不能与闪速相匹配ADC相比较的。
3.3与Σ-Δ转换器相比
传统的过采样/Σ-Δ转换器一般用于带宽限制约22kHz数字音频应用。近来，一些宽带Σ-Δ转换器可达1MHz至2MHz分辨率为12-16的带宽。通常由高阶组成Σ-Δ调制器(如4级或更高)配合一个多位ADC和多位反馈DAC构成。Σ-Δ转换器有一个优点SAR ADC即使分辨率达到16-18位，也不需要特殊的微调或校准。由于该类型ADC采样速率远高于有效带宽，因此无需在模拟输入端增加快速滚降的抗混叠滤波器。后端数字滤波器处理。Σ-Δ转换器的过采样特性也可用于模拟输入中的任何系统噪声。
Σ-Δ转换器应以速率换取分辨率。因为最终采样需要多次采样(至少16倍，一般更多)，这就需要Σ-Δ调制器内部模拟电路的工作速率远快于最终数据。数字抽取滤波器的设计也是一个挑战，并要消耗相当大的硅片面积。在不久的将来，最快的高分辨率Σ-Δ转换器的带宽不太可能比几兆赫兹高很多。
4.总结
综上所述，SAR ADC其主要优点是功耗低、功耗高 由于这些优点，分辨率高，精度高，尺寸小。SAR ADC通常与其它更大的功能集成。SAR结构的主要局限性是采样速率低，每个单元(如DAC和比较器)，需要达到与整个系统相当的精度。
逐次逼近型ADC（SAR）的工作原理