1.5v单电池供电的10位ADC转换器电路设计举例

今天再和大家分享一个Jim Walliams用超低压比较器设计的一个单电池供电的10位ADC转换器电路，让我们在对大师的膜拜中共同提高设计水平，废话不少，先上电路：

1. 工作原理

转换命令处输入高电平时，绿色部分得倒置三极管饱和导通，将聚苯乙烯电容放电到1mv以下，几乎为零(倒置三极管得应用非常巧妙，一般人根本想不到将晶体管开关倒置使用！)，此时LT1018的负端输入电压高于正端，则C1A(LT1018)输出为低；

放电完毕，转换命令设为低，开始转换ADC，红色部分的恒流源开始对聚苯乙烯电容线性充电，一直充到与LT1018得负端输入电压相同，则C1A(LT1018)输出为高；

三个肖特基二极管构成一个简单的数字电路里的线或的关系，只要一个输入为高，VT4的基极就为高，数据输出就为低;

转换命令为高：

D2正端为低电平 ， D3正端为高电平，则无论D2正端是什么电平，VT4的基极都为高，数据输出固定为低

转换命令为低：

1. 电容充电未到达输入电平时，D2正端为低电平 ，D3正端为低电平，此时VT4的基极由D1的振荡脉冲决定，数据输出随黄色区域的振荡脉冲变化，输出的脉冲数N为：T振荡*N=t=Vin/I充 ==> N=Vin/(I充 * T振荡),I充为红色区域的充电电流为常数，T振荡为黄色区域的振荡周期，也是常数，可见输出脉冲数正比于需要转换的模拟电压！
2. 电容充电未到达输入电平时，D2正端为高电平，则VT4的基极固定为高，数据输出固定为低
3. 红色部分为恒流源充电电路

当流过R4的电流增加时，Q4的发射极电位下降，Q4的基极如果电位基本恒定，则Q4的be压降减小，R4将抑制流过R4的电流增加,形成负反馈稳定住流过R4的电流；

如果Q4的基极电位下降，则Q1的be压降增加，导致Q1的Ie电流增加，导致流过R1的电流增加，Q4的基极电位上升，形成负反馈，稳定住Q4的基极电位。

那么流过R4的电流如何计算？

首先计算流过R5的电流，约等于1.25v/(R2+R5)=29.62uA,和上图仿真测量的29.6uA一样。

经过Q1、Q4两个be结后，Q1的基极电位约等于Q4的基极电位，这是设计比较巧妙的地方：利用PN结做两次电平移位！所以流过R4的电流为deltV/(R4+R6)=deltV/(27.4k)，流过R5的电流=deltV/R5=deltV/12.1k,得：

流过R4的电流=流过R5的电流*12.1k/27.4k=13.07uA,而上图仿真测试为13uA非常精确！

C1可以在此微弱电流下恒流充电，改变R6可以改变充电电流大小。

三、绿色部分为充电电容控制电路

此区域虽然最简单，却也是最出人意料的，大神是倒置应用三极管！这样倒置应用的特点就是饱和电压降非常低，可以低到几毫伏，远远小于正常应用，可以把聚苯乙烯电容的电荷完全放到0，提高了转换精度！以下是仿真波形，测试了倒置与非倒置的I-V特性，左边是倒置应用，其饱和压降非常低。

注意充电电容特别指出用聚苯乙烯电容，因为这种电容的漏电流非常小。普通的电容漏电流较大，严重影响测试精度