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一个被现存A/D转换器应用所忽略的选择2

一个被现存A/D转换器应用所忽略的选择2

比较器的一个输入引脚由DAC设置判定电平,瞬态信号施加到另一个输入。通过调整DAC输出可确定峰值瞬态幅度,超越门限时,采用数字锁存捕获比较器的输出响应。仅需要比较器输入支持瞬态带宽,任意长的DAC输出建立时间并不会影响测量精度。这样,在模拟域可用低成本DAC和比较器代替昂贵的ADC.

需注意的是,在监视模拟电压时必须考虑容限。许多自诊断设备监视系统电压、温度以及其它模拟量,容限值在软件中设置。然而,如果这种比较由比较器实现,设置值由DAC提供,这样可减轻处理器负荷,因为只需要读取一位来表示超限状态。  

这种技术(模拟域比较)与ADC技术(数字域比较)具有相同精度,对于一个设置点时,可通过简单比较实现,为什么还要对整个值进行量化?必须提及的一种情况是:如果与几个设置点进行比较时,例如:报警上限/下限和关断的下限/上限电平,可选择ADC,否则需要4路DAC和4个比较器。 

由DAC构建简单的ADC  

便携式仪器受成本和尺寸限制,有些情况下可以利用DAC实现A/D转换功能。例如,蜂窝电话和医疗电子通常采用DAC调整LCD对比度电压(图3)。有时可通过简单添加一个比较器和开关,监视温度或电池电压(如上所述)。那么现有DAC可执行两种任务,在DAC执行模拟至数字转换时关闭显示器。作为另一种替代方案,由模拟开关和电容构成的简单采样/保持电路(图4)可在A/D转换期间维持LCD的对比度电压。


图3. 该电路常见于便携仪器


图4. 对图3增加两个比较器,由DAC实现ADC功能,节省成本  

另外一种方法就是用一个低成本双路DAC替代现有单路DAC.双路DAC中的一路用于产生LCD对比度电压,另一路用于构成ADC.无论单路还是双路,都需要DAC和比较器支持快速、驱动DAC的简单程序,以及对比较器采样来实现逐次逼近(参见sidebar,逐次逼近)。

设计考虑  

DAC和比较器的结合非常简单。信号作用到比较器的同相输入端,DAC提供的数字可编程门限作用到反相输入端。只要信号比门限值大,比较器就会产生逻辑高电平输出。但在使用时必须注意几个方面。  

为确保精确的门限电平,考虑到比较器的输入偏置电流以及比例网络,DAC的直流输出阻抗应很小。在超低功耗电路中更应注意,DAC的输出阻抗可能高达10kΩ。  

DAC的另一个要求是低交流输出阻抗。否则,比较器输出的高速数字信号的压摆率经过布线寄生电容耦合,将产生输入瞬态变化,导致自激并降低精度。如果允许牺牲一定的建立时间,可在比较器输入端增加一个旁路电容来降低DAC的交流输出阻抗。DAC输出放大器的大电容负载可导致不稳定或振荡,但这个问题可在DAC输出串联一个电阻加以修正。  

比较器的主要问题是滞回。大多数比较器电路带有滞回,以防止噪声和振荡,但使用滞回时必须谨慎-它会造成门限值随输出而改变。如果系统可对受输出状态影响的滞回进行补偿,可以接受这种配置;否则,应当避免滞回。  

如果采用的比较器具有内部滞回并且不能禁止,可确保DAC输出总是在相同方向逼近比较器门限,这样可消除负面影响。通过在每位测试完成后将DAC设置为零,便于达到这一目的;例如,在本文最后列出的伪代码后增加一行(参见sidebar,逐次逼近)。  
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