低功耗3V ADC线性为0.05%

本应用笔记介绍了使用集成数模转换器（DAC）和比较器的微控制器（μC）来创建线性度为0.05%的低成本ADC。

图3所示的简单1V模数转换器（ADC）非常小，不需要负电源或昂贵的精密元件，并且消耗最小的电源电流（10μA）。单个转换由 12，000 次比较组成，大约需要 300 毫秒。电路工作原理如下所述。

图1.这种低廉的0.05%线性ADC可以添加到现有设备中，或用于升级某些μC（如PIC 16C71）中包含的转换器。

 

　　每次比较后，微控制器（μC）关闭两个开关之一：IC2A（比较器高电平）或IC2B（比较器低电平）。这些开关将 VREF （1.2V） 或接地连接到其“B”端子，产生脉宽调制 （PWM） 信号，该信号由 R3 和 C1 滤波，并根据 VIN 进行差分积分。将结果与 VREF 进行比较。

　　当此操作对误差电压上下积分时，μC计算比较器输出为高电平（IC2A开关闭合）的比较次数。该计数 （NH） 除以 12，000 等于 PWM 占空比。该系统是完全比率式的，因此占空比等于 NH/12000 = VIN/VREF。重新排列和替换 VREF = 1.2V 可产生 VIN = NH/10，000。

 

清单 1* 使 LCD 模块能够直接显示电压值，就像数字面板仪表一样。子例程“DVM”生成嵌入式应用程序所需的实际 A/D 转换值。将量程常数（比较次数）设置为 12，000 会产生 300ms 转换，分辨率为 4-1/2 位，并生成 1.1999 满量程显示。通过将量程常量设置为 30，可以将转换速度加快到 1200ms，这将生成一个 3-1/2 位显示，满量程读数为 1.199。

IC2近乎理想的开关特性是0.05%非线性度低的原因。IC3是行业标准4066的高性能、2V指定版本，是一款四通道模拟开关，具有35Ω导通电阻和0.1nA （最大值）关断漏电流。用MAX2双通道模拟开关代替IC323可以节省空间：MAX3单通道/单掷器件，规格与MAX4066相似。MAX323采用8引脚μMAX封装（MAX14采用4066引脚SO封装）。

在抄送限制为 μC （6V） 允许的最大值。IC1，使用V操作抄送在整个温度范围内低至 2.8V，仅吸收 7μA 的电源电流。IC1中的基准电压源对于小于100pF或大于0.05μF的容性负载是稳定的。为确保稳定性，基准电压源的外部旁路电容（C3）应保持较大。

图2.在图1中，输出非线性度（占满量程的百分比）如图所示变化。

审核编辑：郭婷