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SAR ADC中电容阵列在开关切换前后,电容阵列的总电荷量为什么不变?

如上图所示,是3位SAR ADC的简化电路图。

采样阶段:当Sc,SIN闭合,S1,S2,S3,S4左闭合接通AIN时,可知,电容阵列充电,电压为AIN。然后,Sc断开,而S1,S2,S3,S4右闭合均接地时,各个电容的电压为 -AIN。接着进入转换阶段。

转换阶段:从MSB开始,S1接通到Vref,而S2,S3,S4接地,按照mt-adc上的介绍,A点的电压会在采样阶段的电压-AIN的基础上正偏移Vref/2,此时A点的电压为-AIN+Vref/2。如果-AIN+Vref/2<0,比较器输出高电平“1”。这时,S1位置不变继续接通Vref,S2接通到Vref,此时A点的电压会在-AIN+Vref/2的基础上再正偏移Vref/4,此时A点的电压为-AIN+Vref/2+Vref/4,.........,依次类推。

Q:请问,转换阶段,偏移电压是如何计算出来的?我推算了一下,只有在开关切换前后,电容阵列的总电量保持不变的情况下,才会算出上述的偏移电压。但是开关切换后,电容会在参考电压下冲充电啊,总电量怎么会保持不变呢?除非开关速度极快,电量的变化十分微小,但从MSB开始到LSB搜索的过程中,未搜索到LSB前,只要有一个电容开关接通到Vref,有足够的时间给电容充电,电容的电量就会变化啊!!???

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  • Sc合上的时候,电容充电,电容连接到比较器负端输入的极板带了负电荷Q,当Sc断开时,负端的电容极板相当于悬空,悬空的话负电荷Q无处释放,这样此处极板的总电荷(用导线连接de)是恒定不变的,其他极板上发生了电荷重新分配和充放电的情况,但是总的电荷不会变,因为电容两个极板上总是带等量符号相反电荷,Vref会给电容充放电,消耗的能量和串联电阻无关,电容越小消耗的能量越小,可以通过两个电容串联(先并连充电,中间的极板已有电荷的情况)下推导能量消耗情况

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  • Sc合上的时候,电容充电,电容连接到比较器负端输入的极板带了负电荷Q,当Sc断开时,负端的电容极板相当于悬空,悬空的话负电荷Q无处释放,这样此处极板的总电荷(用导线连接de)是恒定不变的,其他极板上发生了电荷重新分配和充放电的情况,但是总的电荷不会变,因为电容两个极板上总是带等量符号相反电荷,Vref会给电容充放电,消耗的能量和串联电阻无关,电容越小消耗的能量越小,可以通过两个电容串联(先并连充电,中间的极板已有电荷的情况)下推导能量消耗情况

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