Metapontum 的Hippasus是大約公元前500年的一位希臘哲學(xué)家。作為畢達(dá)哥拉斯的門徒，他發(fā)現(xiàn)平方根具有一些很有趣的性質(zhì)。本設(shè)計(jì)實(shí)例描述了一種VFC （壓-頻轉(zhuǎn)換器），它同樣利用了平方根的一個(gè)有趣特點(diǎn): 平方根可以將VFC動(dòng)態(tài)范圍提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)（圖1）。 線性VFC是最古老的ADC種類之一，因其簡(jiǎn)單和低噪特性得到廣泛應(yīng)用。然而，它們有一個(gè)致命的弱點(diǎn)，那就是動(dòng)態(tài)范圍與轉(zhuǎn)換時(shí)間成正比。由于線性VFC轉(zhuǎn)換的電壓分辨率等于滿量程參考電壓VREF除以滿量程頻率fFS，再乘以計(jì)數(shù)間隔，所以動(dòng)態(tài)范圍較大時(shí)不免需要較長(zhǎng)的計(jì)數(shù)間隔和較低的轉(zhuǎn)換速度，即使在靈巧VFC 設(shè)計(jì)提供較快的滿量程頻率時(shí)也是如此。 例如，如果采用一個(gè)3MHz的基于VFC的ADC，如Analog Devices公司的 AD7742，設(shè)計(jì)中采用2.5V 參考電壓，需要1mV的分辨率，那么所需最小計(jì)數(shù)間隔為2.5 mV /1 mV/（3 MHz）=2500/（3MHz）=833 μs。這樣的計(jì)數(shù)間隔每秒只能轉(zhuǎn)換1200次，對(duì)于很多應(yīng)用，這有點(diǎn)太慢了。 通過(guò)采用半拋物線傳遞函數(shù)而非線性傳遞函數(shù)，“Hippasian” VFC避免了這一問(wèn)題。它的工作方式是用VREF2替代了VREF。VREF2不同于線性VFC的恒定VREF，是與輸出頻率成正比的。于是有：VREF2=VREF×fOUT/fFS，fOUT=VIN×fFS/VREF2=VIN×fFS/（VREF×fOUT/fFS），（fOUT /fFS）2=VIN/VREF，得到fOUT=fFS×（VIN/VREF）1/2。 運(yùn)放 A1負(fù)責(zé)生成與頻率成正比的動(dòng)態(tài)參考電壓，它將VFC內(nèi)部2.5V 參考電壓升壓，給雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器Q1和Q1以及A2供電，這些個(gè)元件構(gòu)成一個(gè)高性能頻率-電壓轉(zhuǎn)換器。參考電壓精度取決于VFC輸入時(shí)鐘參考電壓的高低 50%部分的對(duì)稱性。該對(duì)稱性由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器Q2 保證。 該設(shè)計(jì)對(duì)低電平信號(hào)轉(zhuǎn)換分辨率的效果非常突出。在前面的2.5V量程、 1mV轉(zhuǎn)換分辨率的例子中，采用線性 3MHz VFC需要2500次計(jì)數(shù)，833μs轉(zhuǎn)換間隔，采用Hippasian型設(shè)計(jì)只需要100次計(jì)數(shù)和33ms的轉(zhuǎn)換間隔——降至1/25。對(duì) Hippasian VFC轉(zhuǎn)換再進(jìn)行軟件線性化很容易，只需做一次乘法即可。 |
