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低功耗、3V工作电压、精度0.05% 的A/D变换器

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        图1 中的ADC 电路简单、体积小,无需负电源和昂贵的精密元件,消耗极低的电源电流(仅10μA)。一次A/D转换包括12000次比较,转换时间约300毫秒。电路工作过程如下:

        每一次电平比较之后,微控制器(μC)闭合两个模拟开关之一:比较器输出高电平时闭合IC2A,输出低电平时闭合IC2B。两个开关的B 端要么与1.2V 的基准VREF相连,要么与地相连,结果产生一个脉宽调制信号(PWM),该信号经R3 和C1 组成的低通滤波器滤波后连接到IC1(MAX951)放大器的同相端。运放的反相端通过电阻R4 与VIN相连,差动放大输出送IC1中比较器的V+端并与VREF比较。

        其结果是积分误差电压增大或减小,微控制器则对比较器输出为高(IC2A 闭合)次数计数。该次数NH除以12,000 等于PWM 脉冲的占空比。由于系统完全采用公制单位,因此PWM占空比NH/12,000=VIN/VREF。将VREF=1.2V代入该式整理后得:VIN=NH/10,000。 

        利用 图表1,LCD 模块可直接显示电压值,就象一台DPM(数字处理机)一样。在嵌入式应用场合,子流程"DVM"产生实际的A/D变换结果。当将间距常数(即比较次数)设置为12,000时,一次A/D转换时间为300毫秒,测量精度为4位半,满程输出值为1.1999。如果你想把A/D 转换时间缩短到30 毫秒,可将间距常数设为1200,但测量精度只有3 位半,满程输出值为1.199.

图1. 将该廉价的高精度(0.05%)A/D变换器增加到你现有设备中或用来把某些微控制器(例如PIC的16C71)内部ADC升级。
        IC2 近乎理想的开关特性是取得0.05%低非线性度的根本保证。图中的IC2----MAX4066是一种高性能、3V工作电压、工业级模拟开关,内含4 个SPST开关,通态电阻35Ω、开路时漏电流最大只有0.1nA。如果想进一步减小体积,IC2 可采用双模拟开关—--MAX323。它是一个3V版本的SPST器件, 特性与MAX4066相似。 MAX323的封装形式为8脚μMAX。(与之不同,MAX4066的封装形式为14脚SO)

        μC 允许的最大电源电压为6V,因此VCC不能大于该值。在整个温度范围内,即使VCC低到2.8V,IC1 也能工作,且消耗的电流仅7μA。IC1 中的电压基准源对于小于100pf 或大于0.05μf的容性负载均能保持稳定。因此,为了保证其稳定工作,应选择大的旁路电容。

图2. 图1电路的输出非线性度随输入电压变化曲线。(以满程输出的百分比示)

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