如果模拟电压较高,数字输出的最高有效位是逻辑“1”。如果模拟电压较低,则数字输出为逻辑“0”。SAR移到下一位,采样时间减半(为整个电压摆幅的四分之一)。这个过程不断重复,直到A/D转换器达到所需的精度。在图2中的例子中,观察RC电路电压是如何逐渐接近模拟输入值。在这个简单例子中,SAR(0101)的4位数字输出展示在图的底部。
图2:基于SAR的 A/D转换器运作实例。
低频设计可以用来监测几个模拟电压的电平,这些电平表示各种电源电压和环境传感器的输出。CPLD实现可以监控PCB的电源电压(3.3V,2.5V和1.8V),以及温度和湿度传感器和开放式机箱的报警。为测量多个模拟输入,可针对每个模拟电压连同附加的RC电路采用一个LVDS输入。由于模拟电压是缓慢改变的,LVDS输出可多路复用,这样在每个输入之间就可以共享数字逻辑功能。
低频/最小逻辑ADC的测试结果
无需可选数字滤波电路的低频/最小逻辑电路已经用一块*估板在莱迪思的MachXO CPLD上实现,并使用电压范围为0V至3.3V的0.8Hz输入信号。如图1所示,采用可选的存储器缓冲区及莱迪思ispLEVER设计软件的Reveal Logic Analyzer功能。该功能将缓冲存储器添加至目标设计,并加入控制数字信号采集、数据缓冲和通过JTAG电缆输出数据到计算机所需的逻辑。在测试过程中,使用Linear公司的PScope软件在捕获的数据上运行FFT。该电路对0.8Hz模拟输入的响应显示在图3的上半部分。
图3:A/D转换器的结果实例:低频和高频选项。
接收到的数字信号显示在PScope屏的顶部窗口中。纵轴用来测量代码步长(0到255),横轴用来测量采样(在这个例子中有1024个样本)。在边栏的右上角报告频率,如f1(基本)频率。FFT的结果显示在窗口的下面,根据它们的dB水平通过纵轴显示谐波频率。从FFT产生的关键参数显示在右下侧栏,其中包括有效位数(ENOB)和信噪比(SNR)。这些结果表明,输入信号已成功转换为具有好的分辨率和信噪比的数字信号。
实现更高频率的ADC
图1右上角的较高频ADC的前端仍然采用RC电路和LVDS输入。过采样触发器捕获LVDS输入的比较结果。通过驱动RC电路的通用LVCMOS输出反馈这个信号。如果比较器输出为逻辑“1”,这意味着模拟输入高于RC电路的电压。逻辑“1”通过触发器采样,并反馈到RC电路,使RC电路的电压上升。如果比较器输出为逻辑“0”,反馈信号将为逻辑“0”,这将会使得RC电压更低。通过这个简单的反馈机制,数字值“跟踪”模拟输入频率。
图4的右下方展示了一个用红色表示的采样模拟输入波形的示例,以及采样触发器的输出:蓝色的列代表一个逻辑“1”,白色列代表一个逻辑“0”。注意在通用脉冲编码调制(PCM)格式中“1”和“0”的改变方式。