一邊是當前流行的SAR ADC，另一邊是相對較新的模數轉換技術∑△ADC，二者比拼的結果會是如何呢？

我們要進行七輪角逐，在這七輪中將分別就以下分類項目打分：

1 轉換準確性

2 轉換速度

3 攻擊線性

4 高低壓側轉換準確性

5 差動非線性

6 積分非線性

7 量化誤差

人們已經對兩種技術的比拼等待了很長時間。SAR ADC 和它的新近挑戰技術終于能夠進行一對一的比拼了。誰能最終獲勝呢？SAR ADC 的特點是體形較大（采樣和保持電路），速度較快，決定性較弱；而∑△ADC 則屬于輕量級選手，其采用了集成電路以及科學的方法和準確的思考進程。

圖 1：∑△ 和 SAR 拓撲

圖中文字：integrator：積分器
comparator：比較器
digital filter：數字濾波器
clock：時鐘

第一輪：轉換準確性

準確性是由增益誤差和非線性決定的。我們在這一輪在討論的是增益誤差，非線性問題將在第五輪和第六輪比拼中討論。

增益誤差有兩種。刻度 (scale) 信號誤差是由參照差異以及輸入和 ADC 之間增益通道的差異造成的，誤差的大小與信號強弱相關。偏置誤差是由輸入放大器中的輸入器件以及 ADC 積分電路／比較器中使用的運算放大器造成的。

我們在圖 1 中可看到∑△的調制器（積分器、比較器和 1 位 DAC）和數字濾波器。∑△ADC 可在其前端包含可選的增益放大器。改變放大器的增益會改變輸入采樣電容的大小。由于采樣電容存在差異，因此增益不會是絕對精確的，需要 ADC 校準。為了糾正偏置和增益誤差，我們要根據零轉換、正滿刻度轉換和負滿刻度轉換結果獲得校準因數。

另一方面，SAR ADC 的轉換準確性取決于電壓參照、內部 DAC 和比較器。ADC 的內部 DAC 和比較器的準確性應和整體系統一樣，任何的不準確都會導致線性誤差，而這是校準所不能解決的。

在第一輪中，∑△ADC因其自身的單調性而勝出。

第二輪：轉換速度

∑△轉換器需要 2ⁿ 個采樣來完成轉換，因此轉換速度取決于轉換器的分辨率。分辨率越高，需要的轉換時間就越長。數字音頻設備通常使用的傳統∑△轉換器帶寬約 22kHz。近期，帶寬達 1MHz ~ 2MHz、分辨率達 12 ~ 20 位的∑△轉換器已經上市，這些轉換器通常包含四級（乃至更高）∑△調制器，而且支持多位反饋 DAC。

在SAR ADC 轉換周期開始時，DAC 設為半刻度，并對待測電壓和 DAC 輸出進行比較。DAC 在每一步進中都進行更新，選擇下一位并進行比較。我們通過二進制搜索（“逐次逼近”）來發現輸入電壓的數字形式。

SAR ADC在第二輪中因其轉換算法實際速度較高而勝出。

第三輪：攻擊線性

差動非線性 (DNL) 和積分非線性 (INL) 這兩種形式的非線性都取決于拓撲和轉換器的構造。DNL 和 INL 誤差不能像增益和偏置誤差一樣通過校準解決。

∑△ADC 的準確性取決于積分電路／比較器中運算放大器的穩定性。如果調制器切換太快，而運算放大器不能保持同步，則會出現非線性問題。

不管分辨率達到多少位，∑△ADC 本身都是單調性的。其性能是固定的，并不取決于具體的組件值或組件匹配。

就 SAR ADC 而言，線性誤差是由內部 DAC 和比較器的準確性不高造成的。線性誤差是 SAR 設計的副效應。

第三輪的勝出者是∑△ADC。

第四輪：高低壓側的轉換準確性

∑△轉換器提高了特定輸出代碼的非線性，這取決于抽取器中所用的 FIR 濾波器。這種非線性主要出現在刻度端點上。端點非線性對持續數據流（如數字音頻）不構成問題，但系統如果需要軌到軌線性檢測，則不應使用 ∑△轉換器。

SAR ADC 不會出現較大的∑△轉換器高低壓側端點不準確性問題。其端點準確性取決于內部 DAC 和比較器的軌到軌跟蹤（電壓合規）。

SAR ADC在第四輪在因其高低壓側的準確度較高而勝出。

第五輪：差動非線性

差動非線性誤差是指實際步進和 1 LSB 理想值之間的差異。因此，如果步長或高剛好為 1 LSB，那么差動非線性誤差就為零。如果 DNL 超過 1 LSB，則轉換器可能是非單片的，這就意味著輸出強度會下降，而輸入強度上升。在 ADC 中，也可能出現丟失代碼的問題，如一個或多個 2n 二進制代碼無法輸出。

不管分辨率達到多少位，∑△ADC本身都是單調性的。其性能是固定的，并不取決于具體的組件值或組件匹配。

SAR ADC 本身不是單調性的，其性能取決于具體的組件值或組件匹配。

第五輪的勝出者是∑△ADC。