14bit 100M SAR ADC的Matlab建模探索

14bit 100M sar adc matlab建模

在ADC（模拟数字转换器）的世界里，逐次逼近寄存器型（SAR）ADC因其低功耗、中等分辨率和速度，在许多应用场景中占据着重要地位。今天咱们就来聊聊14bit分辨率、100M采样速率的SAR ADC在Matlab中的建模。

基本原理回顾

SAR ADC的工作原理基于二分搜索算法。它通过一个比较器，将输入模拟信号与内部产生的参考电压进行比较，逐次确定输出数字代码的每一位。比如说，对于一个14bit的SAR ADC，它需要14次比较来确定最终的14位数字输出。

Matlab建模思路

在Matlab中建模，我们首先要定义一些基本参数。

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% 定义参数
resolution = 14; % 分辨率14bit
fs = 100e6; % 采样速率100M

这里，resolution变量定义了ADC的分辨率，也就是输出数字代码的位数。fs变量定义了采样速率，即每秒采样的次数。

接下来，我们模拟产生输入的模拟信号。假设输入是一个正弦波信号。

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t = 0:1/fs:1 - 1/fs; % 时间向量
f_signal = 1e6; % 信号频率1M
input_signal = sin(2*pi*f_signal*t);

在这段代码里，t是时间向量，它的步长是采样周期1/fs，从0到1秒（不包括1秒）。fsignal**定义了输入正弦波信号的频率为1M Hz ，通过sin函数产生了输入模拟信号input signal。

SAR ADC核心建模部分

下面模拟SAR ADC的逐次逼近过程。

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% SAR ADC 转换过程
output_code = zeros(length(t), resolution);
for n = 1:length(t)
    v_in = input_signal(n);
    v_ref = 1; % 假设参考电压为1V
    for bit = resolution:-1:1
        v_compare = v_ref * (1/2)^(resolution - bit);
        if v_in >= v_compare
            output_code(n, bit) = 1;
            v_in = v_in - v_compare;
        else
            output_code(n, bit) = 0;
        end
    end
end

在这个循环中，对于每一个采样点n，我们首先获取该点的输入模拟电压vin*，假设参考电压v* ref为1V 。然后从最高位（resolution）到最低位（1）进行逐次逼近。vcompare**是每次比较时产生的参考电压值，根据二分搜索原理计算得出。如果输入电压v in大于等于vcompare*，则该位设置为1，并更新v* in；否则该位设置为0。这样就完成了一个采样点从模拟到数字的转换，所有采样点转换完成后，output_code就是我们得到的数字输出代码。

结果展示与分析

为了直观地看到建模效果，我们可以绘制输入模拟信号和转换后的数字信号（经过编码处理）。

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figure;
subplot(2,1,1);
plot(t, input_signal);
title('输入模拟信号');
xlabel('时间 (s)');
ylabel('电压 (V)');

subplot(2,1,2);
decoded_output = bi2de(output_code, 'left-msb');
plot(t, decoded_output);
title('转换后的数字信号（解码后）');
xlabel('时间 (s)');
ylabel('数字代码值');

这段代码首先创建了一个图形窗口，并将其分为上下两个子图。上半部分绘制输入模拟信号，下半部分绘制经过解码后的数字信号。bi2de函数将二进制代码转换为十进制数值，以便我们能更直观地看到数字信号的变化。

通过这样的Matlab建模，我们对14bit 100M SAR ADC的工作过程有了更深入的理解，也能通过调整参数和代码细节，进一步探索不同条件下SAR ADC的性能表现。无论是研究ADC的原理，还是为实际工程应用做前期验证，这样的建模都有着重要的意义。希望这篇文章能给对SAR ADC建模感兴趣的小伙伴们一些启发。