《電子技術(shù)應(yīng)用》
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實現(xiàn)高精度數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換,基準(zhǔn)電壓源很關(guān)鍵

2022-03-23
來源:電子創(chuàng)新網(wǎng)
關(guān)鍵詞: TTL CMOS LVDS

  數(shù)字信號處理可提供經(jīng)濟高效的方式來正確分配信息,,例如帶寬或容量,??紤]一個由接收路徑和發(fā)送路徑來組成的非?;镜臄?shù)字收發(fā)器設(shè)計,在接收路徑中,,代表某種信息元素的連續(xù)模擬信號在確定的時間點被捕獲,,此信號可以表示為隨時間變化的電壓擺幅,轉(zhuǎn)換步驟當(dāng)然也是將電壓擺幅轉(zhuǎn)換為數(shù)字表示,,對所得到的數(shù)字表示或代碼可以進行處理,,以提取該信號中的信息內(nèi)容。根據(jù)該信息的特征可以做出某些判斷,,例如將該信息路由到另一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點,,或在特定時間對收發(fā)器進行某種操作,發(fā)送完全相反的路徑,,信息需要傳送到實際設(shè)備,。數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個模擬輸出,,將該輸出對應(yīng)于數(shù)字輸入信號相對于固定基準(zhǔn)值的相對值,,其最基本的形式是由下圖所示的關(guān)系確定。

  

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  從數(shù)字域到模擬域的轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵要素是一系列有限離散值,,現(xiàn)在由一個模擬變量表示,,這會導(dǎo)致量化不確定性。一個基準(zhǔn)量,,要么電壓要么電流被精確地分割為一些二進制和/或線性分段,,數(shù)字輸入驅(qū)動開關(guān)將適當(dāng)數(shù)量的分段連接到輸出,數(shù)字輸入可以通過不同形式提供,,例如晶體管對晶體管邏輯(TTL),、互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)或低壓差分信號(LVDS)。

  DAC通常需要配套產(chǎn)品,例如基準(zhǔn)電壓源以及對基準(zhǔn)輸入引腳和DAC輸出的緩沖,。在精密DAC中,,基準(zhǔn)電壓性能對于DAC整體性能至關(guān)重要,因為基準(zhǔn)電壓源的誤差會反映在DAC的輸出中,。在任何混合信號系統(tǒng)中,,基準(zhǔn)電壓源都是最重要的部分,因為它的任何變化都會影響系統(tǒng)中的所有其他部分,。如果基準(zhǔn)電流不穩(wěn)定,,某些基準(zhǔn)電壓源會漂移,DAC基準(zhǔn)電流的變化會影響基準(zhǔn)電壓,。

  選擇基準(zhǔn)電壓源時,,需要考慮的主要規(guī)格有:噪聲溫度漂移絕對誤差(盡管這可以通過校準(zhǔn)輕松消除)和長期穩(wěn)定性,可以采用并聯(lián)多個基準(zhǔn)源之類的技術(shù)來減小噪聲和時間漂移,。DAC常常包含片內(nèi)基準(zhǔn)電壓源和/或片內(nèi)基準(zhǔn)電壓緩沖器,,如果DAC沒有片內(nèi)基準(zhǔn)電壓源或片內(nèi)基準(zhǔn)電壓緩沖器,那么可能需要緩沖輸入基準(zhǔn)電壓引腳,,DAC數(shù)據(jù)手冊會提供輸入阻抗規(guī)格,,以便用戶可以計算。使用此值時,,基準(zhǔn)電壓源能否提供足夠的電流,,這會變得復(fù)雜,因為某些DAC結(jié)構(gòu)(例如電壓模式R-2R DAC)的輸入阻抗,,隨著應(yīng)用于DAC的數(shù)字碼的不同而有很大變化,,這種情況下就需要緩沖外部基準(zhǔn)電壓,DAC的基準(zhǔn)電壓緩沖器應(yīng)為低噪聲,、低偏置誤差放大器,,因為基準(zhǔn)電壓緩沖器的偏置誤差會變?yōu)镈AC輸出端的增益誤差。

  

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  如前所述,,電壓DAC的基準(zhǔn)電壓緩沖器應(yīng)為低噪聲,、低偏置誤差放大器,因為基準(zhǔn)電壓緩沖器的偏置誤差會變?yōu)镈AC輸出端的增益誤差,,選擇DAC輸出端的緩沖器時,,可以優(yōu)化放大器以適應(yīng)應(yīng)用,需要考慮多個因素,,要求更快的建立時間還是更高的帶寬,?或者要求更高的精度和更低的噪聲?成本,、封裝,、尺寸和通道數(shù)也要考慮。一般而言,DAC開關(guān)的建立速度很快,,因此,,DAC電路的壓擺率和建立時間主要由輸出放大器決定,輸出緩沖器一般要求低偏置電流,、低偏置誤差和足夠的裕量,。

  在精度是一項關(guān)鍵要求的應(yīng)用中,輸出緩沖器還要求低噪聲,,而在需要較高速度的應(yīng)用中,,應(yīng)當(dāng)選擇具有較快建立時間、較快壓擺率和較高帶寬的運算放大器,。歸根結(jié)底,,選擇何種放大器取決于應(yīng)用。

  

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  再看一款包含片內(nèi)緩沖的產(chǎn)品示例,。這是亞德諾半導(dǎo)體(ADI)公司的AD5754R系列四通道DAC的框圖,,既有片內(nèi)基準(zhǔn)電壓緩沖、又有片內(nèi)輸出緩沖,,內(nèi)部2.5V基準(zhǔn)電壓在片內(nèi)進行緩沖,,因此無需外部緩沖。此處顯示的輸出緩沖器附帶滿量程可調(diào)節(jié)電路,,它提供多個用戶可配置的范圍,,包括單極性和雙極性。AD5754R易于使用,,是一款可立即用于構(gòu)建系統(tǒng)的單芯片解決方案,,消除了許多支持電路,包括這些實現(xiàn)方案所需的緩沖和增益元件,,因此它是一個完整的單封裝解決方案,,它提供可預(yù)測的額定精度和性能,可減少系統(tǒng)設(shè)計時間,,簡化PCB的布局,。

  本文小結(jié):

  基準(zhǔn)電壓源有很多形式并提供不同的特性,但歸根結(jié)底,,精度和穩(wěn)定性是基準(zhǔn)電壓源最重要的特性,,因為其主要作用是提供一個已知輸出電壓,。相對于該已知值的變化是誤差,,基準(zhǔn)電壓源規(guī)格通常使用下述定義來預(yù)測其在某些條件下的不確定性:初始精度、溫度漂,、長期穩(wěn)定性,。

  電壓基準(zhǔn)源一般用于ADC、DAC和其他模擬電路精確的參考電壓設(shè)定,以及傳感器的偏置設(shè)定,、元器件/系統(tǒng)供電或驅(qū)動,,以及虛擬地設(shè)置?;鶞?zhǔn)電壓源只是一個電路或電路元件,,可產(chǎn)生穩(wěn)定、精確直流電壓,。如果產(chǎn)品需要采集真實世界的相關(guān)信息,,例如電池電壓或電流、功耗,、信號大小或特性,、故障識別等,那么必須將相關(guān)信號與一個標(biāo)準(zhǔn)進行比較,。




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