新型高速高精度DA轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)研究

張力雯 合肥科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院

新型高速高精度DA轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)研究

張力雯 合肥科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院

當(dāng)前的科技發(fā)展迅速，新高速以及高精度的DA轉(zhuǎn)換器在當(dāng)前的電路系統(tǒng)中起到了重要的作用，同時(shí)，對(duì)于采用微納作為驅(qū)動(dòng)控制的領(lǐng)域也造成了很大的影響。針對(duì)高速高精度的DA轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)工作及測(cè)試的整個(gè)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行分析，本文以DA芯片接口中，PCM1702接口的串行為例，詳細(xì)的對(duì)GPIO模擬芯在串行結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行闡述，然后對(duì)這一設(shè)計(jì)理念運(yùn)用的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，最后，在利用HP2458a通用表對(duì)當(dāng)前設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試工作，檢測(cè)出系統(tǒng)的整體性能。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 HP3458a PCM1702

由于科技的發(fā)展，在現(xiàn)代的電子系統(tǒng)中，使用了大量的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，主要運(yùn)用在人們平時(shí)運(yùn)動(dòng)的控制以及高精度的設(shè)備控制中，這樣一來(lái)，對(duì)于數(shù)字模擬系統(tǒng)的換速度和轉(zhuǎn)換中出現(xiàn)的噪音控制來(lái)說(shuō)，都提出了很高的要求。在當(dāng)前的電子系統(tǒng)控制領(lǐng)域上，壓電陶瓷的特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)分辨率相對(duì)較高，在動(dòng)態(tài)度性能上也體現(xiàn)出了有利的優(yōu)勢(shì)，可以說(shuō)壓電陶瓷已經(jīng)在當(dāng)前社會(huì)中受到了越來(lái)越多的關(guān)注以及廣泛的使用。壓電陶瓷具體是應(yīng)用方面，還應(yīng)當(dāng)具有一定強(qiáng)度的電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并且在電流的傳播過(guò)程中，也要用到精度將對(duì)較高的DA線路。對(duì)于DA線路的連接方式來(lái)說(shuō)，應(yīng)該位于當(dāng)前系統(tǒng)中，所控制的前級(jí)上。同時(shí)，還要注意到DA線路中出現(xiàn)的噪音問(wèn)題，噪音可以在一定程度上直接對(duì)壓電陶瓷的性能產(chǎn)生惡化，因此在對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮到的就是DA線路產(chǎn)生的噪音問(wèn)題。

1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案

在系統(tǒng)中，整個(gè)體統(tǒng)只要PCM1702為系統(tǒng)核心的電力器件，因此，在選擇上應(yīng)當(dāng)選出TMS302F28335作為這個(gè)系統(tǒng)的整體控制器，然后再通過(guò)外部模塊的附屬，從而促成完善的系統(tǒng)。對(duì)于PCM1702來(lái)講，可以說(shuō)是整個(gè)T1公司的整體，它本身是由20位精度較高的DA芯片組成，并且采用了電流運(yùn)行的方式作為主要的輸出動(dòng)力，而所需要的電流輸出范圍也相對(duì)較低，一般為-1．2mA到1．2mA之間，然后再將自身所輸出的電流轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓，再利用電路中的放大器，對(duì)電流轉(zhuǎn)換電壓的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)還能起到減低電流輸送中噪音的產(chǎn)生。同時(shí)，還對(duì)二階巴特沃斯低通濾波器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)于這項(xiàng)濾波器的頻率選擇，也要在特定的范圍內(nèi)，這個(gè)范圍一般是2kHz，這樣一來(lái)，就能夠保證這項(xiàng)濾波器產(chǎn)生的截止頻率能夠有效的在系統(tǒng)低頻中進(jìn)行使用。而對(duì)于系統(tǒng)以及之主要控制器TMS320F28335而言，可以做到對(duì)RAM及其串口的外擴(kuò)工作，而對(duì)于串口而言，則是與系統(tǒng)中上位機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換工作的主要媒介，在一些需要高精度設(shè)備的場(chǎng)合中，DA在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的噪音主要是在電源處，因此在對(duì)這方面的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)電源芯片單獨(dú)的使用，并且在使用時(shí)，還要為FCM1702設(shè)計(jì)出高精度的電源。同時(shí)系統(tǒng)在電流和電壓之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換工作以及低通濾波器的使用方法上，一般都會(huì)使用相對(duì)特別的去耦手法，從而降低系統(tǒng)在使用過(guò)程中電源處產(chǎn)生的噪音影響。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)工作

對(duì)于在壓電陶瓷的前級(jí)出現(xiàn)的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路的使用上，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中電路噪音的關(guān)注。換句話說(shuō)，就是指體統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的噪音主要來(lái)源于系統(tǒng)本身自帶的硬件所發(fā)出的固定聲音，除此之外，還有部分噪音則是來(lái)源與外界的引入以及壓電陶瓷自身電路板的板級(jí)聲音。對(duì)于電路中固定器件所產(chǎn)生的噪音，一般情況下都可以使用pSpice軟件進(jìn)行噪音的仿真工作，這樣一來(lái)就能保證板級(jí)噪音和外界環(huán)境所產(chǎn)生的噪音都可以根據(jù)電力兼容的方法對(duì)這兩項(xiàng)噪音進(jìn)行評(píng)估。

而對(duì)于電路的設(shè)計(jì)工作來(lái)講，需要對(duì)電路的應(yīng)用背景加入到設(shè)計(jì)理念中，同時(shí)還要保證設(shè)計(jì)的系統(tǒng)電路帶寬能夠保持在2kHz左右，這樣才能保證系統(tǒng)運(yùn)行中，可以充分的保證噪音對(duì)當(dāng)前輸出信號(hào)所產(chǎn)生的影響最小化。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)工作

3.1 軟件的結(jié)構(gòu)

當(dāng)前系統(tǒng)中的外圍設(shè)備處理器與微納處理器之間也出現(xiàn)了相應(yīng)的變化，兩者之間逐漸由之前的并行總接口朝著當(dāng)前串行總接口處進(jìn)行發(fā)展，在當(dāng)前出現(xiàn)的眾多接口上，SPI、IIC和Can這三個(gè)接口的使用范圍最廣。但是由于當(dāng)前整體系統(tǒng)中，由于各個(gè)設(shè)備與上文中提到的標(biāo)準(zhǔn)接口出現(xiàn)不一致的情況，其支持的范圍也大不相同，因此導(dǎo)致了大象的外圍期間在運(yùn)行過(guò)程中，由于自身的差異性，必須通過(guò)系統(tǒng)的整體處理器CPIO接口進(jìn)行模擬時(shí)序，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的通訊過(guò)程。

3.2 系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)

在對(duì)芯片PCM1702進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，具體操作方法如圖1所示，系統(tǒng)對(duì)芯片的使用推薦的是連續(xù)性較強(qiáng)的時(shí)鐘工作方式，而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行串行的輸入過(guò)程中，則需要根據(jù)傳統(tǒng)的有優(yōu)先選擇方式，即高位優(yōu)先。這樣一來(lái)，時(shí)鐘的上升沿可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集工作，將全部數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入之后，則可以將系統(tǒng)控制線LE進(jìn)行第平臺(tái)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換工作，這樣就能保證所輸入的數(shù)據(jù)能夠在4個(gè)時(shí)鐘周期椎間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且在轉(zhuǎn)換工作結(jié)束之后，還能保證輸出的引腳轉(zhuǎn)化成電流的方式進(jìn)行輸出。

圖1 PCM1702的操作時(shí)序圖

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