Микроэлектронные проекты. Бабанин Валерий Борисович. АЦП на стабилитронах

Для простых и недорогих устройств управления на микроконтроллерах существует проблема выбора аналого-цифрового преобразователя. Точность простейших АЦП однократного интегрирования не отвечает многим задачам, а применение однокристальных АЦП повышенной разрядности сдерживается относительной недоступностью. Их высокая разрешающая способность зачастую бывает излишней, ухудшая экономические показатели проектируемой системы, и на первый план выходит метод двойного интегрирования.

Упрощать сложно... (Истина)

Принцип работы АЦП двухшагового интегрирования (рис.1) хорошо известен и здесь рассматриваться не будет. Следует только отметить, что работа АЦП от одного источника питания требует подачи смещения на вход операционных усилителей (обычно это половина напряжения питания) со стабильностью опорного напряжения.

Для дальнейших рассуждений модифицируем исходную схему (рис.2). Особенность применения «встроенного» источника смещения с высокой стабильностью состоит в том, что аналоговый ключ, в фазе интегрирования опорного напряжения, коммутируется на общую шину. Входное напряжение должно быть в диапазоне от Uo до Eп. Выделенная структура функционально повторяет источник опорного напряжения типа TL431.

Возможность построения АЦП двухшагового интегрирования без отдельного источника опорного напряжения проверялась в схеме, приведенной на рис. 3. Испытания показали удовлетворительную работу интегратора с размахом выходного напряжения от 2 до 4 В при питании от источника 5 В. Для сохранения логики работы узлов АЦП потребовалось изменить порог срабатывания компаратора включением резистивного делителя на его входе. Поскольку выходное напряжение низкого уровня компаратора не может, в силу конструктивных особенностей TL431, быть ниже 2,5 В, применена схема согласования логических уровней.

Принципиальная схема АЦП (рис.4) не имеет схемы управления и предназначена для работы в составе микроконтроллерного устройства. АЦП не требует дополнительно источника опорного напряжения и обладает всеми достоинствами метода двухшагового интегрирования при очень низкой стоимости. Основным недостатком предложенного варианта является то, что существует входное пороговое напряжение, приблизительно равное по величине опорному напряжению, ниже которого АЦП фиксирует «нулевые» значения. Значительный входной ток TL431 (по сравнению с ОУ), возможно, потребует программной коррекции при разрешении 12 - 13 двоичных разрядов.

Особенно эффективно применение АЦП с микроконтроллерами, имеющими в своем составе компаратор (рис.5). Диапазон входных напряжений от + 2,9В до +15 В (и более) при напряжении питания + 5 В. Время преобразования 20+20 мС.

Следует особо отметить то обстоятельство, что применение «продвинутых» интегральных источников опорного напряжения, потомков TL431, значительно расширит возможности описанной реализации. Врожденный недостаток в некоторых приложениях не имеет существенного значения, а модификации предложенной схемы позволяют создавать АЦП сверхнизкой стоимости с уникальными характеристиками.

Автор проекта Бабанин Валерий Борисович, E-mail: mcru@mail.ru.

 Разместите Ваш проект у нас на сайте и его смогут увидеть сотни посетителей в день. Ваши проекты присылайте вебмастеру.