Вам Нужен Аналоговый Компаратор в Вашем МК?

Этот промышленный компьютер может извлечь выгоду из МК с интегрированным аналоговым компаратором.

Я помню, когда во время учебы в колледже на занятиях по электронике я собрал свой первый аналоговый компаратор на операционном усилителе, используя LM358. Такие простые схемы не всегда кажутся практичными, пока вы не начнете встраивать их в реальные системы для ваших клиентов. Аналоговый компаратор легко собрать с положительной обратной связью в схеме операционного усилителя, но это всегда занимает некоторое место на плате из-за микросхемы операционного усилителя и дополнительных компонентов в петле обратной связи.

Что насчет работы с аналоговым компаратором и вашим МК? Ваш МК предоставляет множество интегрированных функций и входов/выходов, и один из вариантов использования выхода компаратора с вашим МК - это использование одного из GPIO. Лучший вариант - найти МК с интегрированной схемой компаратора, что исключит необходимость во внешней схеме операционного усилителя или микросхеме компаратора. Вот как эти схемы работают в вашем проекте и некоторые популярные МК, которые включают эту функциональность.

Что такое аналоговый компаратор?

Аналоговый компаратор по сути является 1-битным аналого-цифровым преобразователем. Как только входное напряжение на компаратор превышает некоторый порог, устройство переключается между своими низким и высоким значениями напряжения. Аналоговый компаратор может быть инвертирующим или неинвертирующим устройством. В неинвертирующем устройстве возрастающий фронт входного сигнала вызовет переключение выхода компаратора с низкого на высокое состояние напряжения и наоборот на спадающем фронте. Для инвертирующего компаратора поведение обратное.

В схеме аналогового компаратора на операционном усилителе обычно используется положительная обратная связь, чтобы гарантировать, что выход насыщается, как только входное напряжение переключается выше внешнего опорного напряжения. Другими словами, операционный усилитель будет переключаться от одного края питания к другому на возрастающем или спадающем фронтах входного сигнала. Это простой способ создать 2-состоянийный выход, который насыщается на двух уровнях напряжения, также обеспечивая некоторую защиту от низкоуровневых помех.

Выходное напряжение аналогового компаратора с гистерезисом и без.

Для обеспечения защиты от низкоуровневых помех схемы аналоговых компараторов могут иметь некоторый гистерезис, и запас по шумам будет зависеть от размера окна гистерезиса. Эффект гистерезиса на переключение из-за входной треугольной волны показан выше. Если входной сигнал имел некоторые колебания или шум, любые колебания в пределах окна гистерезиса не вызовут переключения. В АЦП с несколькими битами разрешения, это было бы не так; меньшая разница напряжений между уровнями квантования сохраняет 

В схеме операционного усилителя размер окна гистерезиса определяется отношением общего сопротивления в обратной связи к сопротивлению между опорным напряжением и неинвертирующим входом. Установив эти два значения, можно настроить окно гистерезиса компаратора для конкретного применения и запаса по шумам. Здесь микроконтроллер с интегрированным аналоговым компаратором действительно выделяется, так как ему не требуются эти внешние резисторы для установки размера окна гистерезиса или пороговых напряжений.

Преимущества аналогового компаратора в вашем микроконтроллере

Аналоговый компаратор, интегрированный непосредственно в ваш микроконтроллер, предоставляет ряд преимуществ по сравнению с другими методами интеграции компаратора для аналогового интерфейса с вашим микроконтроллером.

• Упрощение переключения. Если вам нужно обнаружить разницу между двумя состояниями напряжения, интегрированный аналоговый компаратор является лучшим вариантом, чем использование внешней схемы операционного усилителя и канала АЦП. Вам не потребуется программировать какой-либо числовой порог и преобразование в вашу прошивку для оценки момента, когда входное напряжение действительно насыщено.

• Программируемый гистерезис. Размер окна гистерезиса может быть запрограммирован в прошивке микроконтроллера, или его можно настроить динамически во время работы. Если хотите, вы можете установить окно гистерезиса шире, чем запас по шумам входа GPIO, что обеспечит очень надежную схему для обнаружения событий переключения.

• Большая устойчивость к внешним помехам. Линия подачи между выходом операционного усилителя и входом микроконтроллера создает дополнительную точку, где во вход можно внести помехи, что может привести к неточному считыванию в АЦП/GPIO микроконтроллера. Интегрируя аналоговый компаратор в микроконтроллер, вы устраняете эту дополнительную точку входа помех в систему.

• Меньше компонентов при сопоставимых входах. Вы можете снизить стоимость вашего перечня материалов без использования избыточного количества входов в вашем микроконтроллере, когда используете микроконтроллер с интегрированным аналоговым компаратором.

• Программируемая задержка распространения. Задержка распространения в аналоговом компараторе определяется как время между моментом пересечения входным сигналом порога переключения и моментом начала изменения выходного состояния. Некоторые микроконтроллеры с интегрированным компаратором позволяют программировать это значение. Увеличив задержку распространения, микроконтроллер будет потреблять меньше энергии во время переключения.

Популярные микроконтроллеры с интегрированным аналоговым компаратором

В наши дни на рынке вы найдете множество микроконтроллеров от ведущих производителей. Вот некоторые популярные микроконтроллеры, которые включают функции интегрированного аналогового компаратора, а также ряд других интерфейсов:

NXP Semiconductors, S08PB

MCU S08PB от ON Semiconductor является меньшим 8-битным устройством для простых встроенных вычислительных приложений. Это конкретное устройство включает два аналоговых компаратора с меньшим количеством периферии и поставляется в более маленьком корпусе по сравнению с многими другими популярными микроконтроллерами за счет устранения ненужной периферии для более простых аналоговых систем. Некоторые полезные функции для аналоговых систем включают интегрированный операционный усилитель, высокоточный счетчик RTC, два гибких модулятора таймера и 12-канальный АЦП (разрешение 12 бит).

Блок-схема для MCU MC9S08PB8MTG от NXP Semiconductors. Из технического описания MC9S08PB8MTG.

STMicroelectronics, серия STM32

Серия STM32 от STMicroelectronics является одной из самых популярных линеек MCU, используемых во встроенных продуктах, требующих умеренной вычислительной мощности и высокой ширины шины. Эти устройства работают на частоте до 72 МГц (ядро Arm Cortex-M4) с 32-битной шириной шины. Они также оснащены высокоточным АЦП (12-бит) и рядом цифровых интерфейсов (CAN, I2C, I2S, IrDA, LIN, SPI, UART, USART, USB) с высоким количеством входов/выходов.

Texas Instruments, MSP430

Семейство MSP430 от Texas Instruments представляет собой ряд 16-битных MCU, которые выпускаются в различных корпусах и включают аналоговый компаратор. Эти MCU работают на частоте до 25 МГц и включают такие функции, как интегрированная SRAM/FRAM, флэш-память, АЦП, SPI/UART и другие интерфейсы и функции.

Функциональная блок-схема для MCU MSP430FR5727 от Texas Instruments. Из технического описания MSP430FR5727.

Другие компоненты для поддержки ваших смешанных сигнальных проектов

Ваш MCU должен быть отправной точкой для проекта со смешанными сигналами, поскольку ему необходимо будет взаимодействовать со всеми другими цифровыми и аналоговыми компонентами в вашей системе. Некоторые другие компоненты, которые понадобятся вашей системе, включают:

• Пассивные компоненты для поддерживающей схемотехники

• Модули дисплеев для HMI

• DC-DC преобразователи для регулирования питания

• Беспроводные и сетевые компоненты

Когда вам нужно выбрать MCU или другой процессор с интегрированным аналоговым компаратором, вы можете найти все необходимые детали с помощью расширенного поиска и функций фильтрации на Octopart. Используя поисковую систему электронных компонентов Octopart, вы получите доступ к полному набору данных дистрибьюторов и спецификаций деталей, и все это доступно в удобном интерфейсе. Посмотрите нашу страницу с встроенными процессорами и контроллерами, чтобы найти необходимые компоненты.

Оставайтесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.