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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原理

跟踪ADC的主要内容是：

• 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- 在反相ACMP的输入输入电压;vref.- 参考电压;Ntaps- 电位器抽头的最大数量;N-转换结束后计数器的值。

图2显示了基于SLG47004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“自动重载”输入是浮动的，从512的变阻器默认值的每个新的转换开始此默认值对应到Vref / 2分频器的输出电压。
• 如果“自动刷新”输入连接到地面，从以前的变阻器值的每个新的转换开始。此选项可以加快转换时间缓慢变化的过程。

停止条件发生时，ACMP改变其输入从低到高3rd.时间。

用户可以在“开始转换”输入保持逻辑电平高来跟踪输入电压电平。在这种情况下，变阻器将继续交换和变化接近的输入电压Vin电平Vref电压。需要注意的是“正在执行/完成”输出将ACMP改变其从低到高的3个输入后改变其电平为逻辑低rd.时间，即使逻辑水平高保持在“开始转换”输入。

内部块配置

图3.展示了该项目在GreenPAK Designer软件中的设计。

砍刀ACMP配置

振荡器配置

数字变阻器配置

附近地区的配置

配置的DFF

过滤器/边缘检测配置

Vref0配置

要配置Vref0宏单元，还应该配置ACMP0L。

IO引脚配置

一世2Ç宏单元配置

一世2ç宏单元使用默认设置。

使用软件仿真和硬件原型进行设计验证

图12.显示了禁用自动重载功能跟踪ADC的软件仿真的结果。可以看出，一个启动脉冲之后，时钟信号得出的数字电位器。在每个时钟电位改变擦拭器位置（3rd.公共端子）和参考电压接近输入电压。当在擦拭器端子的基准电压变成等于输入电压，ACMP改变其电平。3后rd.该ACMP的上升边沿信号，处理结束。相同的过程被证明在图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vout.——输出电压;vref.- 分压器的参考电压;R.RH.-最大变阻器电阻;N- 位的数目对应于采样的电压。

根据式（1）中，所造成的变阻器DNL和INL是〜2LSB的最大误差。下一个DC误差源是比较器的输入偏移电压。在除法器的2.048 V基准电压的情况下：

在哪里V.offsetLSB和V.offsetACMP- 比较在LSB和伏偏移。

斩波ACMP的情况下，V.offsetLSB= 0.15 LSB（0.3毫伏的最大偏移量）。

Vref的绝对值是另一附加的误差源。具有±1％的精度将VREF导致的10 LSB的增益误差。最终，满量程误差是12.15 LSB马克斯．

请注意这两个增益和失调误差可以通过软件容易进行补偿，不像DNL和INL误差。

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格1．

范围	跟踪ADC	电容器ADC为基础
外部组件	-	一个电容器
满刻度误差无需校准，％满量程	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的	20 ppm /°C	从为30ppm /℃至 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)

从数据表格1可见，跟踪ADC具有更好的精度性能，而威尔金森的速度要快得多。