利用比较器/DAC组合解决数据采集问题

只看该作者 · 2020-2-13 22:34

利用比较器/DAC组合解决数据采集问题

摘要：以下讨论验证了一个被现存A/D转换器应用所忽略的选择：有些条件下采用分立的比较器和D/A转换器更容易实现A/D转换。这种替代方案通常采用不同的测试方法，但是具有低成本、高速度、更大灵活性以及更低功耗等优点。

尽管当前趋势全部集中一个方向-设计者需要使用A/D转换器时通常选定一个集成的A/D转换器（ADC）。大多数工程师并没有意识到还有降低ADC性价比的其它替代方案。而模拟比较器、D/A转换器（DAC）和信号处理一起恰好就是构成逐次逼近ADC的核心电路。

某些特定领域，分立比较器/DAC的使用非常普遍。自动测试设备、核脉冲反应堆高度监测器以及自动化时域反射计等，通常都采用这种技术，DAC用于驱动比较器的一个输入，另一个输入由被监测信号驱动。接下来是通用测试问题以及特定方法的选择，事实上，此时采用比较器/DAC组合比采用现成的ADC更受欢迎。

瞬态电压分析

捕获快速幅度变化事件（瞬态）的"强力"技术就是采用处理器支持的高速ADC和RAM对其进行简单量化（图1）。单触发事件可能必须采用这种方法，因为需要获取瞬态细节。然而，如果瞬态是重复性的，则可采用DAC/比较器的方法测量它们的峰值幅度及其它特性（图2）。

图1. 采用"强力"法进行瞬态分析，ADC电路耗电大且价格昂贵

图2. 如果图1应用可接受对幅度进行重复测量，用DAC/比较器组合替代ADC可省电并降低成本

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。