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作者:Vladyslav科兹洛夫

介绍

数字集成电路(如微控制器、微处理器、FPGA等)的不断发展允许使用复杂的数字处理技术来代替模拟信号调理。这一趋势使ADC成为混合信号电路中广泛应用的元件。

ADC有很多种类型:连续近似ADC、σ -delta ADC、直接转换ADC、电容充放电型ADC、带电压-频率转换器的ADC等等。所有这些ADC类型具有不同的精度、频率和成本特性。提出的ADC结构是跟踪ADC。

跟踪ADC原则

跟踪ADC的主要组件有:

• DAC。本项目采用缓冲电压参考输出和数字电位器作为DAC。
• ACMP。
• 计数器与上/下控制输入。在SLG47004中，这个计数器嵌入到数字变阻器宏单元中。

跟踪ADC的工作原理如图所示图1．当转换开始时，计数器开始根据上/下输入电平改变数字电位器的电阻。在每一个(振荡器)步，电压在反相输入的ACMP增加(或减少)。当ACMP更改其输出时，转换结束。在转换结束后，可以计算采样的输入电压:

在哪里文- ACMP反相输入端的输入电压;Vref——参考电压;Ntaps-电位器抽头的最大数目;N-转换结束后计数器的值。

图2给出了基于SLG47004的跟踪ADC的内部设计。

脉冲在“开始转换”输入开始转换过程。初始变阻器值有两种选择:

• 如果“Auto-Reload”输入是浮动的，每个新的转换都从变阻器默认值512开始。这个默认值对应于分频器输出的Vref/2电压。
• 如果“自动加载”输入连接到地，每一个新的转换开始从以前的变阻器值。这个选项可以加快慢变化过程的转换时间。

停止条件发生时，ACMP改变其输入从低到高3理查德·道金斯时间。

用户可以在“开始转换”输入时保持逻辑电平高来跟踪输入电压电平。在这种情况下，变阻器将保持开关和改变Vref电压接近Vin电压水平。注意，“在进行中/完成中”的输出将在ACMP将输入从低电平更改为高电平(3)后将电平更改为逻辑低电平理查德·道金斯时间，即使逻辑水平高保持在“开始转换”输入。

内部模块配置

图3展示了该项目在GreenPAK Designer软件中的设计。

直升机ACMP配置

振荡器配置

数码可变电阻配置

附近地区的配置

DFFs配置

过滤器/边缘检测器配置

Vref0配置

要配置Vref0宏单元，还应该配置ACMP0L。

输入输出引脚配置

我2C宏单元的配置

我2C Macrocell使用默认设置。

使用软件仿真和硬件原型进行设计验证

图12给出了禁用自动加载功能的跟踪ADC的软件仿真结果。可以看到，在一个启动脉冲后，时钟信号到达数字电位器。在每个时钟时，电位器改变雨刷位置(3理查德·道金斯公共端)，参考电压接近输入电压。当雨刷端参考电压与输入电压相等时，ACMP改变电平。后3理查德·道金斯上升沿的ACMP信号，进程结束。中演示了相同的过程图13．

如果自动重新加载功能被禁用，该过程将从当前电位器状态开始。但如果启用自动加载功能，数字电位器将从用户定义的默认值开始计数。中显示了启用自动重新加载功能的跟踪ADC的操作图14．

精度和定时特性

ADC最基本的误差来源是非线性(DNL和INL)、增益误差和偏置误差。考虑到变阻器DNL和INL引起的误差，输出电压可以用公式(1)来估计。SLG47004的数字变阻器DNL和INL =±1lsb (max)。

在哪里输出电压——输出电压;Vref-分压器参考电压;RRH-最大变阻器电阻;N-采样电压对应的比特数。

由式(1)可知，变阻器DNL和INL引起的最大误差为~2LSB。下一个直流误差源是比较器的输入偏置电压。分压器基准电压为2.048 V时:

在哪里VoffsetLSB和VoffsetACMP-比较器偏置，以LSB和伏特表示。

在Chopper ACMP的情况下VoffsetLSB= 0.15 LSB (0.3 mV最大偏移)。

Vref的绝对值是另一个额外的错误源。精度为±1%的Vref产生的增益误差为10 LSB。最终，全面误差是12.15 LSB马克斯．

请注意，与DNL和INL错误不同，增益和偏移误差都可以很容易地通过软件进行补偿。

系统的温度漂移主要取决于内部Vref的温度漂移。等于40 μV/°C。需要注意的是，温度的变化并不影响电位器的比值。

转换的最大时间取决于变阻器的最大允许开关频率。在常规模式下，变阻器的开关频率最大为1khz。最大转换时间:

结论

本应用说明描述了基于SLG47004内独特模拟块的简单跟踪ADC的设计。对于没有专用嵌入式ADC的设备，另一种流行的ADC类型是基于电容的或威尔金森ADC。ADC的主要原理是测量外部电容充电(放电)的时间。这两种ADC类型的比较可以在表1．

参数	跟踪ADC	电容器ADC为基础
外部组件	-	一个电容器
未校正的全量程误差，全量程的%	1.2%(最大)	> 10%用于主流电容器 > 1%为最高级陶瓷电容器
温度漂移,ppm	20 ppm /°C	从30ppm /°C到 陶瓷电容器2500ppm /°C
样品时间,女士	517(最大)	>7(受ACMP传播误差限制)

的数据表1结果表明，跟踪ADC具有更好的精度性能，而威尔金森算法则更快。