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信號與積分的順序顛倒了,ADC動態范圍爆棚了

0BFC_eet_china ? 來源:未知 ? 作者:李倩 ? 2018-03-09 17:16 ? 次閱讀

in以固定的時間間隔T1進行累積(積分)——構成第一個“斜率”,然后將積分器的輸入切換到一個固定的負參考Vref,使被積函數退回零——第二個“斜率”,同時測量這樣做所需的時間T2。輸入電壓為:

本設計對常見的算法做了一些修改:簡單地顛倒信號和參考積分的順序,產生我所說的倒數雙斜率積分ADC(RDSADC)。

這里,對Vref按固定的時間間隔T1進行積分。然后將積分器輸入切換到-Vin,并測量回降到零所需的時間T2。從而:

看到這么兩個相似的方程,你可能會理所當然地問:“那又怎樣?”看下面:

在公式2中,轉換結果與時間測量值T2成反比,因此與1/Vin成反比,并且微分計算告訴我們,逆向變化率在變,但不是線性的,而是測量值倒數的平方,即:

這種設計的好處是實現了非線性轉換測量,它可以保持低幅度輸入的高分辨率,而不需要Vin比例系數的自動量程切換。圖1是RDSADC的一個實現示例。它在10位分辨率、1mV到1V范圍,對輸入進行轉換,同時在下面兩種極端情況下保持10位分辨率:Vin=1V、1mV分辨率;Vin=1mV、1μV分辨率。這意味著對T2,只需15位、32k計數分辨率,就可實現1000000:1、20位的動態范圍。換句話說,只要15位計數就可實現20位動態范圍,與分辨率類似的傳統DSADC相比,轉換時間效率提高了32倍。實際上,Vin可從比0V小點一直到5V(分辨率隨之降低)。

圖1: RDSADC顛倒了通常的積分順序,以大幅增加動態范圍。

它是如何工作的:

RDSADC周期開始于S1通過R4/(R3 + R4)分壓器將Vref連接至積分器A2的“+”輸入(引腳3),并在時間間隔T1期間積分,在V2 = Vref時結束,并將比較器A1輸出切換為低。

圖2:RDSADC時序圖。

S1讓A2的“+”輸入掉至接近參考地(稍后更低些),而S2則通過R1將A2的“-” 輸入切換至接近Vin。然后V2以幾乎與Vin成比例的斜率下降,確定計數間隔T2。V2到達A1的低門限時,終止T2,完成該ADC周期并開始下一個周期,不斷循環。

聰明的讀者會注意到,在T2期間,當S1從A1的“+”輸入中剔除Vref時,R5產生了一個42mV的正偏壓。這種偏置的目的是,盡管使用單極性電源,也要使A2的輸出一直到T2斜線的末端都保持有效。

同樣在T2期間,R2也產生了有效的32mV偏置1,以確保T2保持有限時長(從不超過32ms),即使Vin接近零也是如此。從而:

這種理想化的計算忽略了現實中的偏差,如A1和A2輸入偏移、Vref精度和電阻變化,但這些缺陷可以通過簡單的Vfullscale和Vzero兩點校準以計算方式輕松補償。

注1: 32mV來自R1-R2對2.5V的Vref(50mV)的分壓,它為Vin/20kΩ輸入電流提供1.6μA(32mV/20kΩ)的偏置電流,減去分壓器R3-R5(18mV)提供的“保持有效(keep-alive)”偏置。因此,50mV - 18 mV = 32mV。


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原文標題:我顛倒了信號與積分的順序,嘣! ADC動態范圍爆棚了

文章出處:【微信號:eet-china,微信公眾號:電子工程專輯】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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