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我經常會從文章中看到：模擬 技術正在被淘汰，一切都應是數字技術。最近，我參與了一個設計項目，它表明這種觀點在許多情況下并不適用。 當時的問題是要在某種教育應用中，把兩個新型光隔斷器（optical breaks）放入一組天文望遠鏡的驅動裝置中，這些望遠鏡由自動機械控制并可通過互聯網來使用。驅動裝置已表現出磨損跡象，是由行程末端的過度滑動引起的。傳感器會發信號表示到達行程末端，因此不再滑動。叉臂和其它位置包圍了望遠鏡的內部線束，結果望遠鏡的重新布線變得很棘手。 因此，最佳想法是把信號編碼，從新傳感器送入當前導線。有一個數字信號可供使用，難題在于把兩個新傳感器的信號編碼。 如果使用數字方法，則需要向基座添加一個小型微控制器，并把一個串行數字信號編碼以便沿著圓筒傳送，并伴隨適當的同步脈沖、數據、校驗，然后信號在 CPU被解碼。該方法需要某種復位準備，因為望遠鏡需要獨立工作數月，并且這些串行數字信號會遇到不需要的開關噪聲。CPU也必須花時間獲取這些信號并把它們解碼和同步，增加了占用的時間。另外，我們必須編寫一些較難處理的位拆裂代碼：不是什么巨大的挑戰，但也不是簡單的事情。 相反，本方法在簡單的加法電路上應用了某種變通，其中的每個傳感器貢獻不同數值量。該方法采用了基本的二進制思想：一個傳感器加±1，下一個加±2，最后一個加±4，以獨特方式表示每種狀態。 基本要求是一個電壓參考、一些運算放大器、一個求和點。該應用使用的IC4是Texas Instruments公司的REF3040電壓參考，它的輸出公差是0.2%，而售價僅約1美元（圖1）。該電壓參考產生4.096V電壓，并產生足夠電流來運行運算放大器，后者在自己的軌到軌范圍內運行，精度在幾毫伏以內。但是要小心：一些“軌到軌”運算放大器在軌附近沒有足夠大的電流驅動。該電路使用0.1%精度電阻器，售價僅約20美分。請記住：可以使用兩個串聯10kΩ電阻器和兩個并聯10kΩ電阻器，來產生圖示的20kΩ和5kΩ電阻。組裝和材料清單更簡單，并且精度更好，這是因為理想阻值周圍的分布狀況往往彼此抵消。表1列出了輸出電壓預測值。 電壓表做的測試表明：所有輸出電壓偏離輸出預測值的幅度均在1mV以內。低于1%的誤差預算表明：可用該方法來對更多的幾個傳感器編碼。在望遠鏡中，CPU的ADC讀取輸出值。應讀取兩次來確保不是在過渡時獲取的。該電路的優點包括：它的直流電信號確保沒有噪聲，并且更新幾乎是即時的。另外，由于運算放大器很簡單，實際上不會損壞，并且對噪聲不敏感，因此無需復位電路。最大的優點是，該設計無需編程。 |
