精密模拟技术中速度、噪声等性能胜过数字技术
发布时间：2009-7-31 21:38
发布者：贾延安
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我经常会从文章中看到：模拟 技术正在被淘汰，一切都应是数字技术。最近，我参与了一个设计项目，它表明这种观点在许多情况下并不适用。 当时的问题是要在某种教育应用中，把两个新型光隔断器（optical breaks）放入一组天文望远镜的驱动装置中，这些望远镜由自动机械控制并可通过互联网来使用。驱动装置已表现出磨损迹象，是由行程末端的过度滑动引起的。传感器会发信号表示到达行程末端，因此不再滑动。叉臂和其它位置包围了望远镜的内部线束，结果望远镜的重新布线变得很棘手。 因此，最佳想法是把信号编码，从新传感器送入当前导线。有一个数字信号可供使用，难题在于把两个新传感器的信号编码。 如果使用数字方法，则需要向基座添加一个小型微控制器，并把一个串行数字信号编码以便沿着圆筒传送，并伴随适当的同步脉冲、数据、校验，然后信号在 CPU被解码。该方法需要某种复位准备，因为望远镜需要独立工作数月，并且这些串行数字信号会遇到不需要的开关噪声。CPU也必须花时间获取这些信号并把它们解码和同步，增加了占用的时间。另外，我们必须编写一些较难处理的位拆裂代码：不是什么巨大的挑战，但也不是简单的事情。 相反，本方法在简单的加法电路上应用了某种变通，其中的每个传感器贡献不同数值量。该方法采用了基本的二进制思想：一个传感器加±1，下一个加±2，最后一个加±4，以独特方式表示每种状态。  基本要求是一个电压参考、一些运算放大器、一个求和点。该应用使用的IC4是Texas Instruments公司的REF3040电压参考，它的输出公差是0.2%，而售价仅约1美元（图1）。该电压参考产生4.096V电压，并产生足够电流来运行运算放大器，后者在自己的轨到轨范围内运行，精度在几毫伏以内。但是要小心：一些“轨到轨”运算放大器在轨附近没有足够大的电流驱动。该电路使用0.1%精度电阻器，售价仅约20美分。请记住：可以使用两个串联10kΩ电阻器和两个并联10kΩ电阻器，来产生图示的20kΩ和5kΩ电阻。组装和材料清单更简单，并且精度更好，这是因为理想阻值周围的分布状况往往彼此抵消。表1列出了输出电压预测值。 电压表做的测试表明：所有输出电压偏离输出预测值的幅度均在1mV以内。低于1%的误差预算表明：可用该方法来对更多的几个传感器编码。在望远镜中，CPU的ADC读取输出值。应读取两次来确保不是在过渡时获取的。该电路的优点包括：它的直流电信号确保没有噪声，并且更新几乎是即时的。另外，由于运算放大器很简单，实际上不会损坏，并且对噪声不敏感，因此无需复位电路。最大的优点是，该设计无需编程。 |
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