Datorită mulţimii de sisteme ce lucrează astăzi alimentate de la o sursă simplă de tensiune de 5V este de multe ori nevoie pentru convertoarele A/D să lucreze în acelaşi mediu. Domeniul de intrare uzual este limitat la domeniul sursei de tensiune care acceptă numai intrări de semnal “single-sided” sau diferenţiale cu anumite limitări. Domeniul de tensiune al intrărilor invertoare al acestor convertoare pseudo-diferenţiale este de câteva sute de milivolţi. Asemenea dispozitive au o rată de conversie mică şi uzual, au anumite limitări în utilizarea lor în sistemele de achiziţie de date.
Totuşi, există o soluţie alternativă în formarea unui dispozitiv cu intrări diferenţiale ideale precum sursa single MCP3301, 12biţi de semnale pozitive, convertor A/D SAR produsă de Microchip Technology. Cu acest dispozitiv, domeniul ambelor intrări este vârf la vârf. Precizia dispozitivului este îmbunătăţită de detecţia simultană şi conversia semnalului de intrare diferenţial al convertorului.
Un circuit tipic care utilizează acest tip de nivel de intrări este prezentat în figura 1. Acest tip de dispozitiv acceptă domeniul de intrări diferenţiale pe lângă domeniul oferit de sursa de putere a convertorului A/D prin utilizarea unei reţele rezistive montate înaintea intrării împreună cu o referinţă de tensiune. Această tehnică funcţionează numai atunci când convertorul A/D are o intrare diferenţială.
Domeniul de intrare al celor două intrări ale circuitului MCP3301 este cuprins de la masă până la tensiunea sursei de putere. Valorile tensiunii de intrare ale oricărei intrări pot fi situate oriunde între limitele sursei de putere. Divizorul de tensiune (R1X şi R2X) atenuează semnalul analogic de la VIN+ şi VIN- la V’IN+ şi V’IN- pentru a corespunde cerinţelor domeniului de intrare al circuitului MCP3301.
Formula de mai jos determină raportul rezistoarelor R1X şi R2X, pentru domenii de intrare simetrice faţă de masă.
Combinaţia rezistorilor cu referinţa de tensiune nu trebuie să forţeze limitele tensiunii pe intrările convertorului A/D dincolo de limitele pozitive şi negative ale sursei de putere. Odată ce rezistorii au fost aleşi, tensiunile de intrare ale convertorului pot fi verificate după cum urmează:
O dată ce relaţia dintre R1X şi R2X este fixată, valorile rezistoarelor depind de viteza de conversie a circuitului A/D cerută de aplicaţie. Valorile acestor rezistori trebuie să fie destul de mici pentru a se asigura că sursa sau rezistenţa externă a intrării nu perturbă acurateţea/precizia convertorului. Rezistenţa (externă) a intrării din această aplicaţie este:
Combinaţia paralelă a valorilor mai mari ale rezistorilor măreşte rezistenţa intrării (externe). O valoare prea mare a rezistenţei (externe) a intrării poate afecta precizia conversiei la o frecvenţă de ceas dată. Relaţia dintre rezistenţa de intrare şi frecvenţa de ceas pentru circuitul MCP3301 este prezentată în figura 2. O rezistenţă de intrare mai mare de aproximativ 7kW şi/sau o frecvenţă de ceas mai mare de 1MHz poate compromite acurateţea amplificării.
Precizia amplificării circuitului depinde de precizia rezistorilor externi R1X şi R2X şi a convertorului A/D. O valoare tipică a toleranţei pentru rezistori “low cost” este de 1 procent. Acest lucru este bun pentru respectarea specificaţiilor de amplificare ale convertorului A/D şi permite o calibrare uşoară fără utilizarea unui microcontroler. Divizorul de pe intrare nu afectează alte specificaţii A/D precum eroarea de offset, liniaritatea diferenţială şi liniaritatea integrală.
Tabelul 1 arată câteva valori tipice de 1 procent ale rezistenţelor pentru un domeniu de intrare de ±10V când circuitul MCP3301 este utilizat în circuitul din figura 1. Circuitul din acest exemplu foloseşte o sursă de tensiune de 5V. Tabelul prezintă de asemenea, cele mai largi domenii de tensiune văzute la un anumit nivel al intrării convertorului pentru diverse referinţe de tensiune.
Tabelul 1 Combinaţiile tipice ale rezistorilor, domeniul de intrare ±10V.
de Bonnie C. Baker şi Ken Dietz, Microchip Technology
Referinţe
“Driving the Analog Inputs of a SAR A/D Converter”
de Baker, Bonnie C., AN246, Microchip Technology, Inc.