15、嵌入式系统硬件：ADC与处理单元解析

嵌入式系统硬件：ADC与处理单元解析

1. 模拟 - 数字转换器（ADC）

在嵌入式系统中，模拟 - 数字转换器（ADC）是连接物理世界和数字世界的重要桥梁。不同类型的 ADC 具有各自的特点和适用场景。

1.1 逐次逼近型 ADC

逐次逼近型 ADC 利用二分搜索的思想来区分大量数字值。其电路的关键在于逐次逼近寄存器（SAR）。初始时，SAR 的最高有效位（MSB）被置为 ‘1’，其余位为 ‘0’，这个数字值被转换为模拟值，对应于最大输入电压的 0.5 倍。如果输入信号 h(t) 超过生成的模拟值，MSB 保持为 ‘1’；否则，重置为 ‘0’。这个过程对每个位依次重复。

例如，假设输入信号 h(t) 保持恒定，初始时 MSB 置为 ‘1’，若生成的 V - 小于 h(t)，则 MSB 保持 ‘1’；接着尝试次高位，若生成的 V - 超过 h(t)，则该位重置为 ‘0’，依此类推。显然，在转换过程中，h(t) 必须保持恒定，这可以通过采样保持电路来实现。转换后的数字信号记为 w(t)。

逐次逼近型 ADC 的优点是硬件效率高，为了区分 n 个数字值，只需要 ⌈log₂(n)⌉ 位的 SAR 和 D/A 转换器。缺点是速度较慢，需要 O(log₂(n)) 步。因此，它适用于对速度要求适中的高分辨率应用，如音频应用。

1.2 流水线型 ADC

流水线型 ADC 由一系列转换器组成，每个阶段负责转换几位。每个阶段将剩余的电压残差传递给下一个阶段（如果有）。例如，每个阶段可以转换一位，并减去相应的电压，得到的残差通常会放大两倍，以避免电压过小，然后传递给下一个阶段。每个阶段通常包括一个几位的闪存 AD