ADALM2000實(shí)驗(yàn):數(shù)模轉(zhuǎn)換
2023-04-17
作者:Andreea Pop,,系統(tǒng)設(shè)計(jì)/架構(gòu)工程師 Antoniu Miclaus,系統(tǒng)應(yīng)用工程師 Doug Mercer,,顧問(wèn)研究員
來(lái)源:ADI
R-2R梯形電阻數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)
目標(biāo)
本實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)是探討數(shù)模轉(zhuǎn)換的概念,,將CMOS反相器用作梯形電阻分壓器的基準(zhǔn)開(kāi)關(guān)(用于DAC中)。
背景信息
我們將簡(jiǎn)單的CMOS反相器邏輯門(mén)用作一對(duì)開(kāi)關(guān),。ADALM2000模塊的數(shù)字I/O信號(hào)可配置為具有+3.3 V電源電壓的標(biāo)準(zhǔn)CMOS分壓器(推挽模式),。采用最簡(jiǎn)單的形式,CMOS輸出可以由一個(gè)PMOS器件M1和一個(gè)NMOS器件M2組成,。通常,,CMOS制造工藝經(jīng)過(guò)特別設(shè)計(jì),使得NMOS和PMOS器件的閾值電壓VTH大致相等——即互補(bǔ),。然后,,反相器的設(shè)計(jì)人員調(diào)整NMOS和PMOS器件的寬長(zhǎng)比W/L,使其各自的跨導(dǎo)和RON也相等,。兩個(gè)晶體管中,,只有一個(gè)處于導(dǎo)通狀態(tài),同時(shí)將輸出端連接到VDD或VSS,。我們可以考慮將這兩個(gè)電壓用作DAC的基準(zhǔn)電壓源,。
圖1.CMOS輸出驅(qū)動(dòng)器。
在 “電壓模式”中使用R-2R梯形電阻(如圖2所示),,根據(jù)數(shù)字碼交替驅(qū)動(dòng)到兩個(gè)基準(zhǔn)電壓電平中的任一個(gè)(D0-7),。數(shù)字0表示VREF–,數(shù)字1表示VREF+,。根據(jù)數(shù)字輸入碼,,VLADDER(圖2)將在兩個(gè)基準(zhǔn)電平之間變化。兩個(gè)基準(zhǔn)電壓的負(fù)基準(zhǔn)電壓(VREF–)通常為地電壓(VSS),。在本例中,,我們將正基準(zhǔn)電壓(VREF+)設(shè)置為CMOS驅(qū)動(dòng)器的正電源電壓(VDD)。
材料
▲ADALM2000主動(dòng)學(xué)習(xí)模塊
▲無(wú)焊面包板
▲跳線(xiàn)
▲9個(gè)20 kΩ電阻
▲9個(gè)10 kΩ電阻
▲1個(gè)OP27放大器
說(shuō)明
最好在無(wú)焊試驗(yàn)板上構(gòu)建圖2所示的8位梯形電阻電路,。模擬部件套件(ADALP2000)中提供的電阻數(shù)量通常不足以構(gòu)建完整的8位梯形電阻,。如果可以獲得這些電阻,此項(xiàng)目最好使用1%的電阻,。
將用藍(lán)色框表示的8個(gè)數(shù)字輸出,、示波器通道和用綠色框表示的AWG輸出連接到梯形電阻電路中,如圖所示,。注意將電源連接到運(yùn)算放大器電源引腳,。
圖2.R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)電路
硬件設(shè)置
圖3.R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)電路試驗(yàn)板連接
程序步驟
當(dāng)安裝R1和R2時(shí),,設(shè)置AWG1的直流電壓與DAC的VREF+相等,即等于CMOS數(shù)字輸出的3.3 V電源電壓,。此時(shí)輸出電壓為雙極性,,其擺幅為-3.3 V至+3.3 V。斷開(kāi)AWG1并移除電阻R1,,輸出電壓為單極性,,擺幅為0 V至+3.3 V。啟動(dòng)Scopy軟件,。打開(kāi)模式發(fā)生器界面,。選擇DIO0至DIO7,并組成一個(gè)分組,。設(shè)置參數(shù),,將模式設(shè)置為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。輸出設(shè)置為推挽輸出(PP),,頻率設(shè)置為256 kHz,。此時(shí)能看到類(lèi)似圖4所示的內(nèi)容。最后,,點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕,。
圖4.模式發(fā)生器界面。
打開(kāi)示波器界面,,開(kāi)啟通道2,,并將時(shí)基設(shè)置為200μs/div,點(diǎn)擊綠色運(yùn)行按鈕開(kāi)始運(yùn)行,。有時(shí)可能還需要調(diào)整通道的垂直范圍(初始條件下,1 V/div比較合適),。通過(guò)示波器界面能看到(如圖4所示)電壓從0 V上升到3.3 V,,斜坡信號(hào)的周期應(yīng)為1 ms。
圖5.示波器界面,。
改變數(shù)字模式,。嘗試隨機(jī)模式,并打開(kāi)示波器上的FFT窗口,。您還可以通過(guò)生成具有一列0到255(對(duì)于8位寬總線(xiàn))數(shù)字的純文本,。csv文件,來(lái)加載自定義模式,。加載自定義模式,,看看會(huì)出現(xiàn)什么情況。
您可以嘗試加載以下這些預(yù)制波形文件:正弦,、三角,、高斯脈沖等:waveforms_pg,。
AD5626 12位nanoDAC
背景信息
AD5626是一款可以使用5 V單電源供電的電壓輸出DAC。它集成了DAC,、輸入移位寄存器和鎖存,、基準(zhǔn)電壓源以及一個(gè)軌到軌輸出放大器。輸出放大器擺幅可達(dá)到任一供電軌,,且設(shè)置范圍為0 V至4.095 V,,分辨率為每位1 mV。該器件采用高速,、三線(xiàn)式,、兼容數(shù)據(jù)輸入(SDIN)的DSP、時(shí)鐘(SCLK)和負(fù)載選通()的串線(xiàn)接口,。它還有芯片選擇引腳,,可連接多個(gè)DAC。上電時(shí)或用戶(hù)要求時(shí),,CLR輸入可將輸出設(shè)置為零電平,。
圖6.AD5626的簡(jiǎn)化功能框圖。
除1位DAC寄存器外,,AD5626還有一個(gè)獨(dú)立的串行輸入寄存器,,新數(shù)據(jù)值可以預(yù)載到該串行寄存器中,而不會(huì)干擾現(xiàn)有DAC輸出電壓,。通過(guò)選通LDAC引腳,,可以將加載值傳輸?shù)紻AC寄存器。
單極性輸出操作
這種操作模式是AD5626的基本模式,。您可以根據(jù)DAC的單極性代碼表驗(yàn)證AD5626的功能是否正常,。
表1.AD5626的單極性代碼表
材料
▲ADALM2000主動(dòng)學(xué)習(xí)模塊
▲無(wú)焊面包板
▲跳線(xiàn)
▲一個(gè)AD5626 12位nanoDAC?
▲一個(gè)2.2 kΩ電阻
▲一個(gè)0.001 μF電容
▲一個(gè)0.1 μF電容
▲一個(gè)10 μF電容
硬件設(shè)置
如圖7所示連接AD5626的引腳。
圖7.AD5626實(shí)現(xiàn)單極性操作的連接,。
程序步驟
打開(kāi)Scopy,,使能正電源為5 V。在模式發(fā)生器中,,根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)中AD5626的時(shí)序圖配置DAC輸入信號(hào),。從配置SPI信號(hào)開(kāi)始。使用DIO0,、DIO1和DIO2創(chuàng)建通道組,。如果連接如圖7所示,則DIO1表示時(shí)鐘信號(hào),,DIO2表示數(shù)據(jù)信號(hào),,DIO0表示信號(hào)。在進(jìn)行SPI分組時(shí),確保數(shù)字通道的順序是正確的(參見(jiàn)圖10),。數(shù)據(jù)手冊(cè)中指明,,高電平和低電平狀態(tài)下的時(shí)鐘寬度應(yīng)達(dá)到至少30 ns。由此可計(jì)算時(shí)鐘周期,,進(jìn)而計(jì)算最大頻率,。將時(shí)鐘頻率設(shè)為1 MHz。將CLK極性和CLK相位設(shè)為1,。
由于AD5626是12位DAC,,因此通過(guò)SPI發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度應(yīng)至少為12位。將每幀的字節(jié)數(shù)設(shè)為2,,在轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí),,它會(huì)發(fā)送16位。在數(shù)據(jù)文本框中,,您可以輸入將發(fā)送至DAC的值,。SPI組通道的信號(hào)應(yīng)類(lèi)似于AD5626 DAC的時(shí)序圖。
圖8.AD5626試驗(yàn)板連接,。
圖9.AD5626 SPI時(shí)序圖,。
現(xiàn)在,您應(yīng)該配置和信號(hào),。從數(shù)據(jù)手冊(cè)中,,我們得知在處于高電平時(shí),移位寄存器的內(nèi)容會(huì)在的上升沿更新,。將DIO4 ()的模式設(shè)置為“數(shù)值”,,輸入數(shù)值1。只要位是串行傳輸,,LDAC信號(hào)(DIO3)的下降沿之前應(yīng)該有一個(gè)上升沿,,且應(yīng)處于高電平。為了滿(mǎn)足上述條件,,DIO3信號(hào)可以設(shè)置為采用13 kHz頻率和160°相位,。AD5626數(shù)模轉(zhuǎn)換所需的所有輸入信號(hào)如圖9所示。
圖10.模式發(fā)生器信號(hào)設(shè)置,。
最后一步是在Scopy中打開(kāi)示波器,將通道1連接到AD5626的輸出端,。啟用通道1測(cè)量,,并在SPI的“數(shù)據(jù)”區(qū)域輸入一個(gè)值。如果通過(guò)SPI發(fā)送的數(shù)據(jù)為7FF,,在圖11中,,您可以查看相應(yīng)的輸出電壓。
圖11.輸入為7FF時(shí),AD5626的輸出電壓,。
雙極性輸出操作
雖然AD5626設(shè)計(jì)用于單電源操作,,但使用圖12所示的電路也可以實(shí)現(xiàn)雙極性操作。
圖12.雙極性輸出操作,,未經(jīng)調(diào)節(jié)(數(shù)據(jù)手冊(cè)中建議的電路),。
此電路可用于不需要高精度的應(yīng)用。輸出電壓以偏移二進(jìn)制格式編碼,,由以下公式給出:
在輸出范圍為±5 V,,采用圖12中的表所示的電路值時(shí),轉(zhuǎn)換公式變?yōu)椋?/p>
材料
▲ADALM2000主動(dòng)學(xué)習(xí)模塊
▲無(wú)焊面包板
▲跳線(xiàn)
▲一個(gè)AD5626 12位nanoDAC
▲一個(gè)OP484運(yùn)算放大器
▲一個(gè)0.1 μF電容
▲一個(gè)1 kΩ電阻
▲一個(gè)20 kΩ電阻
▲兩個(gè)10 kΩ電阻
▲一個(gè)47 kΩ電阻
▲一個(gè)470 kΩ電阻
圖13.AD5626雙極性輸出操作試驗(yàn)板連接
硬件設(shè)置
在無(wú)焊試驗(yàn)板上構(gòu)建圖12所示的電路,。
程序步驟
您可以將DAC配置為單極性輸出操作,,如圖7所示。對(duì)于基準(zhǔn)電壓,,使用信號(hào)發(fā)生器的通道1,,設(shè)置為恒定2.5 V。在示波器的第二個(gè)通道上,,可顯示運(yùn)算放大器輸出端的電壓,。您可以在示波器上同時(shí)顯示單極性操作和雙極性操作的電壓。
圖14.000輸入的單極性和雙極性輸出電壓,。
圖15.800輸入的單極性和雙極性輸出電壓,。
圖16.FFF輸入的單極性和雙極性輸出電壓。
問(wèn)題:
1.使用歐姆定律和并聯(lián)電阻公式,,當(dāng)輸入D7和D6連接到接地和3.3 V的每個(gè)組合時(shí),,R-2R DAC的輸出電壓是多少?請(qǐng)將結(jié)果以表格形式呈現(xiàn),。
您可以在學(xué)子專(zhuān)區(qū)論壇上找到答案,。
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