Il principio di funzionamento si basa sul metodo della pesata di precisione.

Una pesata di precisione si effettua nel seguente modo.

Si consideri la bilancia di figura.

Sul piatto 1 vengono messi gli oggetti da pesare, sul piatto 2 si mettono i pesi che hanno valore: 1g; 0,5g; 0,25g;…; cioè valori che man mano si dimezzano. Quando si effettua una pesata di precisione si mette sul piatto 2 il peso maggiore. Se l'oggetto da pesare ha peso maggiore rispetto al pesetto messo, allora lo si lascia e si aggiunge il pesetto immediatamente successivo. Se, invece, il peso degli oggetti risulta minore si toglie il pesetto e si mette sul piatto il pesetto immediatamente successivo. Si procede in questo modo fino a esaurire i pesetti. Il bilanciamento non può essere raggiunto in modo perfetto; si commetterà un errore mediamente valutabile come ±1/2 del pesetto più piccolo.

Nel caso del convertitore, si comincerà a confrontare la tensione V_A da convertire con una tensione pari a metà del fondo scala. Se tale tensione risulta maggiore di V_A si elimina e si aggiunge una tensione pari a un quarto della tensione di fondo scala e si rifà il confronto. Se tale tensione risulta minore del fondo scala la si tiene e si aggiunge una tensione pari a un quarto del fondo scala e si rifà il confronto. Dal confronto con V_A si decide se tenere o meno tale tensione e si aggiunge una tensione pari a un ottavo della tensione di fondo scala. Si prosegue in questo modo fino alla più piccola frazione della tensione di fondo scala di cui si dispone. Si avrà alla fine la tensione V_A con una approssimazione di più o meno un messo della più piccola frazione della tensione di fondo scala.

Si utilizza , per ottenere le frazioni di tensione di fondo scala, un registro a N bit, detto registro ad approssimazioni successive (SAR), e un convertitore D/A. Si possono avere 2^N - 1 combinazioni, ossia 2^N - 1 valori di tensioni, in particolare si ha:

                                                                                (2.3.1)

Si esamina il caso a 8 bit. Le tensioni pari a un mezzo, un quarto, un ottavo, ecc, si ottengono ponendo ad uno un bit per volta del registro, ossia:

La si realizza nel seguente modo.

Figura 1

Si pone ad uno il bit più significativo, si converte da digitale in analogico mediante un DAC e si confronta la tensione V_R così ottenuta con la tensione analogica da convertire. Si possono avere i seguenti due casi:

si lascia il bit a 1 e si mette ad 1 il bit successivo

si mette il bit a 0 e si mette ad 1 il bit successivo

Caso 1: essendo bisogna aumentare la tensione V_R e riconfrontare con V_A.

Si mantiene il bit ad 1 e si mette ad 1 il successivo. Nel registro si ha:

Si confronta V_R e V_A, e si ripete quanto sopra, ossia se si lascia il bit ad 1 e si mette a 1 il bit successivo, altrimenti si mette il bit a 0 e si mette ad 1 il bit successivo, e si riconfrontano le tensioni V_A e V_R. Il tutto si ripete fino al bit meno significativo. A questo punto nel registro vi è la tensione digitale rappresentativa della tensione analogica da convertire con un'approssimazione di .

Caso 2: essendo bisogna diminuire la tensione V_R e riconfrontare con V_A.

Si mette il bit a 0 e si mette ad 1 il successivo. Nel registro si ha:

Si confronta V_R e V_A, e si ripete quanto sopra.

Lo schema a blocchi di un convertitore ad approssimazioni successive è il seguente.

Figura 2

Essenzialmente si ha un registro ad approssimazioni successive (SAR) a N bit, un DAC, un comparatore e una logica di controllo e temporizzazione (LCT).

La logica di controllo e temporizzazione decide, in base alla segnalazione del comparatore che effettua il confronto tra le tensioni V_A e V_R, se tenere ad il bit a 1 o metterlo a 0, fino al bit meno significativo. Il DAC converte la parola digitale del SAR nella tensione V_R che viene confrontata con la tensione V_A. Se l'uscita del comparatore è a livello alto la LCT mantiene ad 1 il bit e mette a 1 il bit successivo; se è a livello basso mette il bit a 0 e mette a 1 il bit successivo. Arrivati all'ultimo bit, dopo il responso del comparatore mette in uscita la parola contenuta nel SAR, che rappresenta la tensione analogica convertita in digitale.

In ingressi alla LCT ci sarà anche il clock e il reset, per azzerare il SAR prima di iniziare una nuova conversione.

Se si parte con il circuito azzerato, ci vogliono N impulsi di clock per scandire gli N bit del SAR, più un altro impulso di clock per resettare il circuito.

È sicuramente veloce, ma più lento rispetto al convertitore flash.