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图5. 由于比较器在其线性工作区保持稳定，该高速、12位幅度采集器可处理低速输入电压而不会出现振荡

图6. 该低电压、8位数据采集器替代ADC具有几个优势：低成本、低功耗、以及采样间隔期间关断功能

DAC/比较器组合IC

Maxim提供3款单芯片器件可大大简化设计，这些芯片组合了比较器和DAC.每款器件都非常适合本文应用及其它多种应用。

例如，MAX516是一款4通道器件，具有亚微秒速度，非常适合多种中等速度、多通道应用(图S1a)。

图S1. Maxim 8位DAC/比较器IC包括4通道MAX516 (a)、高速、TTL兼容MAX910 (b)、以及ECL兼容MAX911(未列出)

MAX910是单通道、高速、TTL输出DAC/比较器，具有8ns传输延迟(图S1b)。类似器件(MAX911)具有更高速度--ECL互补输出，4ns传输延迟。

逐次逼近

逐次逼近采用天平和一系列用于确定物体重量的二进制权重(权重相对值为1、2、4、8、16等)的方式很容易说明。确定一个未知重量的最快方法(逐次逼近)，首先，将未知重量与最大权重进行比较。根据天平指示，要么移除该重量，要么增加下一个最大重量，按这种方式一直到最小的权重。物体的重量就是天平盘上剩余权重的总和。

在逐次逼近ADC中，内部DAC的位模拟系列二进制重量，比较器输出模拟天平指示。驱动权位处理的逻辑保存在封装好的ADC的逐次逼近寄存器(SAR)或者控制DAC/比较器电路的处理器软件子程序，该子程序可由不到20行的代码来实现。

表S1. 逐次逼近伪代码

应用

本章节列举了DAC/比较器架构比集成ADC所具备的优势。所讨论的应用电路既常见又简单，但然，也存在一些共性问题。

首先，考虑采用低成本方法实现电力线电压跌落、浪涌以及瞬态检测和故障记录。理想的设计是采用墙上设备监测电力线异常，并将每次异常发生的时间记录到RAM中(电压跌落和浪涌的持续时间可以从几毫秒到几小时;瞬态可能短至10微秒)。监视器必须记录电力线完全失效的持续时间，因此，监视器应当由电池供电。

传统解决方案是采用控制器和ADC.由于转换器连续对电力线电压采样，控制器需将每次采样值与软件中用户设定的限制进行比较，并将任何超出规定的状态记录到RAM.由于系统必须能够追踪到短至10?s的瞬态情况，ADC采样间隔必须相当短-保守估算时间可以长达2.5?s.因此，控制器必须以1/2.5?s = 400ksps的速率进行采样处理。

如果软件比较具有高效编码并且ADC无需处理器干预，系统每次采样可执行少于10条指令，这就要求处理器具有4MIPS的能力。这种执行能力并不适合采用电池供电(图1)。需要考虑用模拟方法对输入瞬态偏离进行响应，用以替代连续跟踪方案。

在这种情况下，DAC/比较器替代方案提供了几个明显优势。需要4个DAC和4个比较器(或一片MAX516)，后面连接一个4路设置/复位触发器。一组DAC/比较器/FF监测高瞬态电压，一组监测低瞬态电压，一组用于监测电网跌落，一组用于监测浪涌(图2)。瞬态电压直接耦合到比较器，连接到电压跌落和浪涌监测比较器的输入首先要进行整流和滤波，以获得电网电压的平均值。可在软件中调整到合适的rms.

系统每T秒进行采用并对触发器复位，此处T为瞬态记录时间分辨率(也许为60s)。高、低瞬态电平DAC用于设置所要求的门限。电压跌落和浪涌DAC在每T秒间隔后进行调整，采用逐次逼近技术产生高、低门限，以跟踪目前平均值。

假设执行逐次逼近以及其它任务的子程序具有1000条指令(保守估计)，对于T = 60s,CPU平均每秒执行17条指令。执行速率是0.00002 MIPS-非常适合低功耗系统，远远低于ADC方案的4 MIPS.为进一步降低功耗，控制器可在大部分时间内处于休眠,仅在处理电力线异常时唤醒。将电压比较从软件方式转换为模拟硬件方式，该电路大大降低了功耗、设计复杂性以及成本。

较低的故障检测和诊断维护成本

打印头控制、车辆控制以及许多其它机电应用，需严格监视内部电压和温度以确定何时更换工作模式。极端情况下，这种反馈可使系统避免全部关断自毁。例如，在必要时步进电机控制器必须调整输出MOSFET的栅极驱动以避免线性工作时消耗过多功率。

监测这些问题的传统方法是采用ADC (图7a)。处理器控制ADC进行周期性测量，与控制处理保持时间常数一致。然后对结果的量化值进行缩放后与软件中的门限进行比较。如果超出范围，可触发纠正动作或者全部关断系统。

另外一种方法是采用DAC/比较器组合(图7b)。静态DAC输出建立关断门限或比较器触发值。当温度变化造成比较器触发，比较器会对处理器发出中断来启动纠正动作，必要时，处理器还可以通过启动基于软件的逐次逼近程序来确定极限温度值。

图7. 在这种情况下，用DAC和比较器(b)替换ADC (a)可降低系统成本、响应时间以及软件开销

另一方面，为支持ADC,处理器在跳转到关断子程序之前必须轮询ADC、输入采样值并与先前设定值进行比较。这样，DAC/比较器不仅节约成本，而且提供了比采用ADC的更快响应;同时还减小了处理器开销。

时域反射计

最后，低成本、低功耗DAC/比较器组合(相对于ADC)在便携式时域反射计(TDR)中非常实用-一种用于检测电缆的不连续性并可测量中间传输长度的仪器。廉价的便携式TDR随着网络电缆的增加变得非常普遍。

关键词： DAC 比较器 组合 数据采集