[STM32] SAR型ADC（逐次逼近型ADC）工作原理简介

一、概述

SAR全称为Successive Approximation Register（逐次逼近寄存器），当前STM32等MCU内置的ADC均为SAR型ADC。SAR型ADC采用逐位比对的串行逻辑完成模拟电压到数字量的转换，非常适合传感器采集、电压检测等中低速场景。

二、结构构成

由四大核心硬件模块构成，各模块作用如下:

1. 采样保持电路：包含模拟开关与采样电容，负责采集并锁住瞬时模拟电压，保证转换过程中电压稳定不变；
2. 逐次逼近寄存器：从最高位到最低位逐位试探，确定每一位二进制数值；
3. 内置DAC电路：根据SAR的猜测值，输出对应的标准参考电压；
4. 电压比较器：对比输入采样电压与DAC输出参考电压的大小，判定当前猜测位是0或1；

三、工作流程（以12位为例）

1. 采样保持阶段：输入电压对内部采样电容充电，电容电压逐渐跟随输入电压变化。经过固定的采样时钟周期（STM32最小为3个ADC时钟）后，开关断开，电容锁定当前瞬间的模拟电压。
2. 逐次逼近转换阶段（模拟转数字）

• SAR寄存器发起猜测：猜测当前判定位为1，生成一组临时用于比较的12位二进制值
• 内置DAC输出基准电压：根据SAR给的二进制值，转换为标准模拟参考电压
• 电压比较器完成比对：一端读取采样保持电路锁存的真实输入电压，另一端比对DAC输出的基准电压，判定大小关系
• SAR锁存最终位值：根据比较器的比对结果，确定该位最终的0/1状态
• 循环迭代：依次切换下一位，重复上述流程，直到12位二进制数值全部判定成功。

四、举例说明

• ADC分辨率：12位（数值范围0~4095）
• 参考电压：3.3V
• 最小分辨率：3.3V/4095 = 0.81mV
• 待测输入电压：2.5V

第1步：判定Bit11

预置当前位为1，临时二进制值为1000 0000 0000，内置DAC根据此值转换为基准电压1.65V。电压比较器对比：待测输入电压2.5V > 1.65V，所以Bit11 置1。

第2步：判定Bit10

保留Bit11为1，预置Bit10为1，临时二进制值为1100 0000 0000，DAC转换为基准电压2.475V，电压比较器对比：待测输入电压2.5V > 2.475V，所以Bit10 置1。

后续操作都同上，每完成1位判定，就锁定该位二进制值，缩小一次电压区间，12位对应12个ADC时钟周期。最终运算结果为：1100 0001 1111，对应10进制3103。