传感器中“A-D转换器”的应用 （二）

今天，来给大家讲讲传感器中常用到的PWM转换器与R-F转换器。

PWM转换器

在很多方面，脉宽调制（PWM）与FM类似，主要差别是，在PWM中，当脉冲持续时间Tpwm与输入电压成正比时，方形脉冲的周期T0恒定，（因此脉冲的频率也是恒定的）换一种说法，那就是占空比D与电压成正比，如下：

上式中，K为换算常数。理论上来说，占空比可以为0~1，但是我们实际中占空比范围要窄一些，通常实际都是0.05~0.95，因此我们周期T0的利用率大概就是0.9左右。
为了将PWM转换为二进制码，PWM脉冲可以用作高频脉冲序列的选通和门控脉冲的后续计数。
例如，周期T0为10ms（PWM的转换频率F0=1/T0=100Hz）,脉冲序列为1MHz，PWM的效率为0.9，每个PWM脉冲最大频脉冲为10^6/10^2X0.9=9000,这大约相当于13位的分辨率。

上图为电压及连有微控制器的PWM转换器的控制框图，显示的是锯齿波发射器可用于PWM调制器的电路图，微控制器在O1口产生固定周期T0的复位脉冲（电压V1），每个复位脉冲V1经过锯齿波发射器的同相和反相输入端，模拟比较器输出电压为Vpwm的PWM脉冲，接着复位脉冲清零，锯齿波发射器重启，开始新的一个周期，PWM脉冲可输出至微控制器的IO2端口，微控制器的固件可将其进一步转换为二进制形式。

R-F转换器
对于电阻型传感器而言，可以不进行电阻-电压的中间转换，直接转换为数字形式，直接转换时，这类传感器的脉冲调制器中的一个组件，通常我们作为振荡器的频率调制器来使用。
以惠斯通电桥电阻的R-F转换器作为第一个例子来说明该方法。此例中传感器的电阻符合以下条件：

下面我给出电桥作为自由震荡的驰豫型振荡器的一部分的简化原理图，该振荡器包含一个定时电容C和一个定时电阻RT，通过该定时电阻RT定义电桥完全平衡时的基频f0.其电路图如下：

上图振荡器包含一个定时电容C和一个定时电阻RT，通过该定时电阻RT定义电桥完全平衡时的基频f0。
同时，该电路也包含电压跟随器U1，积分器U2，以及比较器U3，从U3到电阻性电桥的正反馈导致方波的连续产生，该方波的频率偏差∆f是电桥失衡阻值∆R的线性函数，如下所示：

另一种R-F的方式利用了微处理器，如下图所示

电阻型传感器Rx(如热敏电阻或电阻型湿敏电阻)以及参考电阻Rref与电容C相连，在振荡控制电路的指令下，电源电压VDD通过任一上述电阻电容充电，电容通过固态开关SW3向地放电，开关SW2先保持接通状态，而传感器电阻Rx,通过充电开关SW1连接电容C，充电开关SW1与放电开关SW3交替闭合与断开，电容C产生锯齿波电压，该电压送入施密特触发器产生脉冲，输出的脉冲频率fx是传感器电阻Rx和电容C的函数，处理器在固定的时常内对这些脉冲进行累计，实现对与激励相关的脉冲频率的测量。

下一阶段中的基准脉冲仍由上述电路产生，但是该电路中开关SW1保持闭合，SW2与SW3交替通过Rref对电容C进行充电，此时频率为fref，在与上阶段相同的固定市场内对这些参考脉冲进行累计，这两个频率都测得后，计算调节Rx的激励对应的数字输出数，如下公式：

由于采用了比例测量技术，当我们不考虑电容C,电源电压，热效应，电路特性及其他干扰因素时，将由上述式输出，此时仅取决于Rref与Rx,这种方法我们常常用于Epson的集成电路SIC6F666上面