本文作者：Ryan CurranADI公司精密轉換器部門產品應用工程師
以低吞吐量運行SAR ADC可以實現多種優勢。通過增加轉換操作之間的時間，可以放寬系統濾波器要求，增加獲取輸入信號及從ADC抽取數據的時間。由於ADC的採集周期是轉換周期中讀取數據最常用的區域，因此，延長採集周期將放寬數字主機的要求。可以採用主機輸出-從機輸入(MOSI)時鐘速率較慢的低端處理器。例如，AD7980 16位SAR ADC的額定採樣速率最高為1 MSPS。
ADC的繁忙周期的最大額定值為710 ns，讀取數據的時間只剩下290 ns。要輸出16位數據要求時鐘周期不超過18 ns（或者不低於55 MHz左右）。然而，如果器件運行時的吞吐量為100 ksps，結果會使採集時間（數據讀取周期）從290 ns增至9290 ns。降低ADC採樣速率後，可以放寬串行時鐘要求，並把最小串行時鐘頻率改為2 MHz左右。在放寬數字主機要求以外，延長採集時間後，由於增加了建立時間，因此，還可以選擇使用低功耗和低帶寬ADC驅動器。
只要ADC支持需要的系統連續時間信號帶寬，就可以考慮使用額定最大吞吐量較低的ADC（如AD7988-1），以降低系統成本。AD7988-1是與AD7980同系列的一款100 ksps SAR ADC器件，它以較低的價格提供了相同的性能。如圖1所示，器件的
功耗與採樣速率呈線性關係，因為多數功耗發生在活躍轉換周期中。減少轉換過程的次數，消耗的電量也會減少。速率為100 ksps時，AD7980（或AD7988-1）的功耗約為AD7980以1 MSPS的速率採樣時的十分之一。
圖1：AD7980工作電流與採樣速率
在單通道16位偽差分AD7980以外，
ADI系列同時提供AD7902。這是一款雙通道16位偽差分同步採樣ADC，其額定採樣速率為1 MSPS。在傳播時間等應用中，可以利用同步採樣系統來抽取信號
相位信息。我們收集了AD7902以1 MSPS和15.625 ksps（1 MSPS的1/64）的速率對10 kHz信號音採樣時的實驗室結果。運用等式4，欠採樣10 kHz信號音的基頻應該出現在DFT頻段中，該頻段跨度為5.625 kHz。可以看出，在符合奈奎斯特標準的採樣與欠採樣配置之間，無幅度信息丟失。但重構信號將為原始連續時間輸入的第一奈奎斯特區混疊表示。
圖2：AD7902的通道1（以1 MSPS對10 kHz信號音採樣）
圖3：AD7902的通道1（以15.625 KSPS對10 kHz信號音欠採樣）
欠採樣可能具有優勢的另一個例子是多通道順序採樣數據採集系統。這些系統一般由一個SAR ADC構成，帶有一個多路復用模擬前端，以固定間隔按已知順序轉換。在這種情況中，各個通道的有效採樣速率以系統中使能通道數的函數下降。例如，在一個八通道系統中，如果SAR ADC運行於1 MSPS下，則每隔八個樣本代表一個相應的通道。因此，給定通道的採樣速率僅為1 MSPS的1/8（125 ksps）。可以看到，在一個多路復用順序採樣系統中，單個通道的奈奎斯特頻率是如何快速降低的。
公司提供AD7091R-8，這是一款超低功耗的12位、八通道1 MSPS SAR ADC，內置一個基準電壓源和一個用戶
可編程的通道序列器。該器件採用4 mm x 4 mm LFCSP微型
封裝，工作於3 V
電源和1 MSPS採樣速率時，其功耗不高於1.7 mW。在AD7091R-8上，如果使能全部八個通道，器件就會按從通道0到通道7的順序，自動重複順序採樣。當ADC的採樣速率為1 MSPS時，每個通道將以125 ksps的速率採樣。因此，相對於1 MSPS單通道系統，給定通道的奈奎斯特頻率從500 kHz降低到62.5 kHz。在多路復用器的一個通道上監控75 kHz信號音，結果會產生連續時間信號的混疊表示，其基頻為50 kHz。如後續各圖所示，當通過使能AD7091R-8上的額外通道修正奈奎斯特標準時，動態性能並未下降。
圖4：AD7091R-8監控75 kHz信號音（僅使能一個通道）。
圖5：AD7091R-8監控75 kHz信號音（使能八個通道，通道採樣速率為125 ksps）。
本文闡述了這樣一種想法：在通信系統以外，有些應用可以用到欠採樣理論。這些應用可能包括RMS-DC轉換、交流應變計、傳播時間、超聲電平測量和多路復用採樣。用SAR ADC實現欠採樣系統可能帶來巨大的性能和功耗優勢。不但可以放寬系統的總體限制，同時還能實現電路的總體目標。