分立比較器/DAC組合解決數據采集問題
以下討論驗證了一個被現存A/D轉換器應用所忽略的選擇:有些條件下采用分立的比較器和D/A轉換器更容易實現A/D轉換。這種替代方案通常采用不同的測試方法,但是具有低成本、高速度、更大靈活性以及更低功耗等優點。
瞬態電壓分析
捕獲快速幅度變化事件(瞬態)的“強力”技術就是采用處理器支持的高速ADC和RAM對其進行簡單量化(圖1)。單觸發事件可能必須采用這種方法,因為需要獲取瞬態細節。然而,如果瞬態是重復性的,則可采用DAC/比較器的方法測量它們的峰值幅度及其它特性(圖2)。
比較器的一個輸入引腳由DAC設置判定電平,瞬態信號施加到另一個輸入。通過調整DAC輸出可確定峰值瞬態幅度。超越門限時,采用數字鎖存捕獲比較器的輸出響應。僅需要比較器輸入支持瞬態帶寬,任意長的DAC輸出建立時間并不會影響測量精度。這樣,在模擬域可用低成本DAC和比較器代替昂貴的ADC。

圖1 采用“強力” 法進行瞬態分析,ADC電路耗電大且價格昂貴

圖2 如果圖1應用可接受對幅度進行重復測量,用DAC/比較器組合替代ADC可省電并降低成本。
需注意的是,在監視模擬電壓時必須考慮容限。許多自診斷設備監視系統電壓、溫度以及其它模擬量,容限值在軟件中設置。然而,如果這種比較由比較器實現,設置值由DAC提供,這樣可減輕處理器負荷,因為只需要讀取一位來表示超限狀態。
這種技術(模擬域比較)與ADC技術(數字域比較)具有相同精度,對于一個設置點時,可通過簡單比較實現,為什么還要對整個值進行量化?必須提及的一種情況是:如果與幾個設置點進行比較時,例如報警上限/下限和關斷的下限/上限電平,可選擇ADC,否則需要4路DAC和4個比較器。
由DAC構建簡單的ADC
便攜式儀器受成本和尺寸限制,有些情況下可以利用DAC實現A/D轉換功能。例如,蜂窩電話和醫療電子通常采用DAC調整LCD對比度電壓(圖3)。有時可通過簡單添加一個比較器和開關,監視溫度或電池電壓(如上所述)。那么現有DAC可執行兩種任務,在DAC執行模擬至數字轉換時關閉顯示器。作為另一種替代方案,由模擬開關和電容構成的簡單采樣/保持電路(圖4)可在A/D轉換期間維持LCD的對比度電壓。

圖3 該電路常見于便攜儀器

圖4 對圖3增加兩個比較器,由DAC實現ADC功能,節省成本。
另外一種方法就是用一個低成本雙路DAC替代現有單路DAC。雙路DAC中的一路用于產生LCD對比度電壓,另一路用于構成ADC。無論單路還是雙路,都需要DAC和比較器支持快速、驅動DAC的簡單程序,以及對比較器采樣來實現逐次逼近。
設計考慮
DAC和比較器的結合非常簡單。信號作用到比較器的同相輸入端,DAC提供的數字可編程門限作用到反相輸入端。只要信號比門限值大,比較器就會產生邏輯高電平輸出。但在使用時必須注意幾個方面:
為確保精確的門限電平,考慮到比較器的輸入偏置電流以及比例網絡,DAC的直流輸出阻抗應很小。在超低功耗電路中更應注意,DAC的輸出阻抗可能高達10kΩ。
DAC的另一個要求是低交流輸出阻抗。否則,比較器輸出的高速數字信號的壓擺率經過布線寄生電容耦合,將產生輸入瞬態變化,導致自激并降低精度。如果允許犧牲一定的建立時間,可在比較器輸入端增加一個旁路電容來降低DAC的交流輸出阻抗。DAC輸出放大器的大電容負載可導致不穩定或振蕩,但這個問題可在DAC輸出串聯一個電阻加以修正。
比較器的主要問題是滯回。大多數比較器電路帶有滯回,以防止噪聲和振蕩,但使用滯回時必須謹慎——它會造成門限值隨輸出而改變。如果系統可對受輸出狀態影
評論