利用比较器/DAC组合解决数据采集问题

耗电大且价格昂贵

图2. 如果图1应用可接受对幅度进行重复测量，用DAC/比较器组合替代ADC可省电并降低成本

比较器的一个输入引脚由DAC设置判定电平，瞬态信号施加到另一个输入。通过调整DAC输出可确定峰值瞬态幅度，超越门限时，采用数字锁存捕获比较器的输出响应。仅需要比较器输入支持瞬态带宽，任意长的DAC输出建立时间并不会影响测量精度。这样，在模拟域可用低成本DAC和比较器代替昂贵的ADC.

需注意的是，在监视模拟电压时必须考虑容限。许多自诊断设备监视系统电压、温度以及其它模拟量，容限值在软件中设置。然而，如果这种比较由比较器实现，设置值由DAC提供，这样可减轻处理器负荷，因为只需要读取一位来表示超限状态。

这种技术（模拟域比较）与ADC技术（数字域比较）具有相同精度，对于一个设置点时，可通过简单比较实现，为什么还要对整个值进行量化？必须提及的一种情况是：如果与几个设置点进行比较时，例如：报警上限/下限和关断的下限/上限电平，可选择ADC,否则需要4路DAC和4个比较器。

由DAC构建简单的ADC

便携式仪器受成本和尺寸限制，有些情况下可以利用DAC实现A/D转换功能。例如，蜂窝电话和医疗电子通常采用DAC调整LCD对比度电压（图3）。有时可通过简单添加一个比较器和开关，监视温度或电池电压（如上所述）。那么现有DAC可执行两种任务，在DAC执行模拟至数字转换时关闭显示器。作为另一种替代方案，由模拟开关和电容构成的简单采样/保持电路（图4）可在A/D转换期间维持LCD的对比度电压。

图3. 该电路常见于便携仪器

图4. 对图3增加两个比较器，由DAC实现ADC功能，节省成本

另外一种方法就是用一个低成本双路DAC替代现有单路DAC.双路DAC中的一路用于产生LCD对比度电压，另一路用于构成ADC.无论单路还是双路，都需要DAC和比较器支持快速、驱动DAC的简单程序，以及对比较器采样来实现逐次逼近（参见sidebar,逐次逼近）。

设计考虑

DAC和比较器的结合非常简单。信号作用到比较器的同相输入端，DAC提供的数字可编程门限作用到反相输入端。只要信号比门限值大，比较器就会产生逻辑高电平输出。但在使用时必须注意几个方面。

为确保精确的门限电平，考虑到比较器的输入偏置电流以及比例网络，DAC的直流输出阻抗应很小。在超低功耗电路中更应注意，DAC的输出阻抗可能高达10kΩ。

DAC的另一个要求是低交流输出阻抗。否则，比较器输出的高速数字信号的压摆率经过布线寄生电容耦合，将产生输入瞬态变化，导致自激并降低精度。如果允许牺牲一定的建立时间，可在比较器输入端增加一个旁路电容来降低DAC的交流输出阻抗。DAC输出放大器的大电容负载可导致不稳定或振荡，但这个问题可在DAC输出串联一个电阻加以修正。

比较器的主要问题是滞回。大多数比较器电路带有滞回，以防止噪声和振荡，但使用滞回时必须谨慎-它会造成门限值随输出而改变。如果系统可对受输出状态影响的滞回进行补偿，可以接受这种配置；否则，应当避免滞回。

如果采用的比较器具有内部滞回并且不能禁止，可确保DAC输出总是在相同方向逼近比较器门限，这样可消除负面影响。通过在每位测试完成后将DAC设置为零，便于达到这一目的；例如，在本文最后列出的伪代码后增加一行（参见sidebar,逐次逼近）。

另一选择是，通过增加一个小电容反馈也可消除滞回，这会加速比较器在线性工作区的转换。或者，增加一个输出触发器或锁存器，在给定时刻捕获比较器输出状态。

当前比较器都能够很好地处理摆率受限的输入信号。例如，Maxim公司的MAX913和MAX912在这方面尤其有效，因为它们在线性工作区能够确保稳定。图5列举了MAX913在高速、12位应用中的性能。图6电路（超低功耗8位转换器）在不使用时可将其关闭以节省能量。

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