A/D转换器和微控制器——走向集成

　　当混合信号器件作为控制器的一部分时，如逐次近似寄存器（SAR）转换器，不同的应用情形下计算要求似乎差别很大。当控制器作为混合信号器件的一部分时，如Δ-Σ型转换器，计算要求是特定的，且针对性地强化了A/D转换器的性能，并使其效率得以提高。

　　SAR转换器

　　SAR转换器很适合与微控制器集成。SAR能够对输入信号进行快速取样（通常在几个时钟周期内完成），从而减少了取样信号被外来噪声干扰的机会。取样之后，SAR转换器所做的每个位判定动作与系统时钟同步，这样就降低了在做出位判定时控制器对转换器产生数字串扰的可能性。

　　SAR转换器的内部电路相对硅片面积而言是很小的，但它基本上也是模拟的。加到基本SAR转换器（见图1）上的常用功能是电压基准和/或输入复用器。一些转换器实际上是自校准型的。

　　SAR的转换过程比Δ-Σ型转换器的转换过程快。由SAR进行一个完整的转换所需的时钟脉冲通常不超过两个脉冲加转换器位数。例如：一个12位转换器一般需要14个时钟脉冲。

　　如果将SAR转换器与微控制器集成，这种方便的转换方法就能够显示出极大的优越性。其中包括：

　　1． 速度。 SAR转换器完成任务的速度极快，因此微控制器能够执行应用中的其他任务。

　　2． 噪声抑制。 快速的转换时间减少了噪声进入转换系统的机会。

　　3． 芯片数量减少。 这两项功能的集成减少了电路板上的芯片数量。

　　由于SAR转换器多半是模拟的，因此将其集成进微控制器中并不理想。但是，它所具有的较小的占用面积、通用性以及较快的转换时间使其成为一种更具吸引力的“伙伴型”器件。

　　一般地，在转换期间，微控制器的动作可以终止。在PIC微控制器中，只需采用睡眠方式就可执行这一功能。

　　谈到计算要求，独立型SAR几乎不需要额外的器件。在SAR转换之后，如果需要的话，微控制器通常针对每一种应用要求执行进一步的计算或校准。

图1

　　Δ-Σ型 A/D转换器

　　与SAR转换器相反，Δ-Σ型转换器需要数百个时钟脉冲来输出足够的1位代码以实现一个有效的数字滤波器，并由此获得16位以上的精度。一旦全部的1位代码累积起来，转换器就把数据转变成为一个多位结果。

　　Δ-Σ型转换过程的核心是一个多指令调制器和一个数字/抽取滤波器。Δ-Σ型转换器采用过取样和数字滤波以获得毫微伏的最低有效位（LSB）范围的高精度。

　　如此小的LSB是无法采用SAR转换器获得的。这种精度是以牺牲速度、测试时间和硅片尺寸为代价的。但是，折衷的结果是模拟输入级能基本上变为一个单极R/C滤波器，而且器件也更适用于数字工具。

　　在Δ-Σ型转换过程中，由于噪声必须保持在最低水平上，所以，如果把Δ-Σ型转换器与微控制器集成，则在微控制器中不能执行其他的处理任务。另一方面，Δ-Σ型转换器需要校准——这是独立型转换器中始终具备的能力。此外，这种架构便于加入一个可编程增益放大器，这会带来很大的好处。

　　除非1位分辨率已经足够，否则还需要采用一个数字滤波器。由于滤波需要时间，所以转换需要耗费更长的时间才能完成。由于转换器本质上是一个过取样器件，因此，在转换期间，应最大限度地减少微控制器的动作，以获得可能的最佳精度。

　　Δ-Σ型A/D转换器的其他典型特征有：转换同步能力、空闲音调检测、过流指示器、内部振荡器以及一个电压基准。在SAR转换器中，这些功能的专用性要比附加功能高得多。