由DAC構(gòu)建簡單的ADC - 分立比較器/DAC組合解決數(shù)據(jù)采集問題

　　便攜式儀器受成本和尺寸限制，有些情況下可以利用DAC實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能。例如，蜂窩電話和醫(yī)療電子通常采用DAC調(diào)整LCD對比度電壓(圖3)。有時(shí)可通過簡單添加一個(gè)比較器和開關(guān)，監(jiān)視溫度或電池電壓(如上所述)。那么現(xiàn)有DAC可執(zhí)行兩種任務(wù)，在DAC執(zhí)行模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)關(guān)閉顯示器。作為另一種替代方案，由模擬開關(guān)和電容構(gòu)成的簡單采樣/保持電路(圖4)可在A/D轉(zhuǎn)換期間維持LCD的對比度電壓。

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　　圖3 該電路常見于便攜儀器

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　　圖4 對圖3增加兩個(gè)比較器，由DAC實(shí)現(xiàn)ADC功能，節(jié)省成本。

　　另外一種方法就是用一個(gè)低成本雙路DAC替代現(xiàn)有單路DAC。雙路DAC中的一路用于產(chǎn)生LCD對比度電壓，另一路用于構(gòu)成ADC。無論單路還是雙路，都需要DAC和比較器支持快速、驅(qū)動(dòng)DAC的簡單程序，以及對比較器采樣來實(shí)現(xiàn)逐次逼近。

　　設(shè)計(jì)考慮

　　DAC和比較器的結(jié)合非常簡單。信號作用到比較器的同相輸入端，DAC提供的數(shù)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(huì)產(chǎn)生邏輯高電平輸出。但在使用時(shí)必須注意幾個(gè)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(wǎng)絡(luò)，DAC的直流輸出阻抗應(yīng)很小。在超低功耗電路中更應(yīng)注意，DAC的輸出阻抗可能高達(dá)10kΩ。

　　DAC的另一個(gè)要求是低交流輸出阻抗。否則，比較器輸出的高速數(shù)字信號的壓擺率經(jīng)過布線寄生電容耦合，將產(chǎn)生輸入瞬態(tài)變化，導(dǎo)致自激并降低精度。如果允許犧牲一定的建立時(shí)間，可在比較器輸入端增加一個(gè)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(fù)載可導(dǎo)致不穩(wěn)定或振蕩，但這個(gè)問題可在DAC輸出串聯(lián)一個(gè)電阻加以修正。

　　比較器的主要問題是滯回。大多數(shù)比較器電路帶有滯回，以防止噪聲和振蕩，但使用滯回時(shí)必須謹(jǐn)慎——它會(huì)造成門限值隨輸出而改變。如果系統(tǒng)可對受輸出狀態(tài)影響的滯回進(jìn)行補(bǔ)償，可以接受這種配置;否則，應(yīng)當(dāng)避免滯回。

　　如果采用的比較器具有內(nèi)部滯回并且不能禁止，可確保DAC輸出總是在相同方向逼近比較器門限，這樣可消除負(fù)面影響。通過在每位測試完成后將DAC設(shè)置為零，便于達(dá)到這一目的;例如，在本文最后列出的偽代碼后增加一行。

　　另一選擇是，通過增加一個(gè)小電容反饋也可消除滯回，這會(huì)加速比較器在線性工作區(qū)的轉(zhuǎn)換?；蛘?，增加一個(gè)輸出觸發(fā)器或鎖存器，在給定時(shí)刻捕獲比較器輸出狀態(tài)。

　　當(dāng)前比較器都能夠很好地處理擺率受限的輸入信號。例如，Maxim公司的MAX913和MAX912在這方面尤其有效，因?yàn)樗鼈冊诰€性工作區(qū)能夠確保穩(wěn)定。圖5列舉了MAX913在高速、12位應(yīng)用中的性能。圖6電路(超低功耗8位轉(zhuǎn)換器)在不使用時(shí)可將其關(guān)閉以節(jié)省能量。

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　　圖5 由于比較器在其線性工作區(qū)保持穩(wěn)定，該高速、12位幅度采集器可處理低速輸入電壓。

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　　圖6 該低電壓、8位數(shù)據(jù)采集器替代ADC具有幾個(gè)優(yōu)勢：低成本、低功耗、以及采樣間隔期間關(guān)斷功能。