AD5791_cn用20位DAC实现1 ppm精度——精密电压源
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基于STM32和AD5791的高精度数模转换电路设计作者:崔海朋来源:《电子产品世界》2020年第06期摘要:现在很多智能仪表中,要求有超高精度的电压信号输出,而且要求刷新率高、噪声低,常规的处理电路比较复杂,难以实现自动校准。
为了解决该问题,采用了20位的高精度数模转换器( DAC) AD5791,并应用于基于STM32的测量仪表中。
本文详细介绍了软硬件设计。
此系统实现了超高精度的单路可调电压输出,精度高和噪声低。
关键词:数模转换器;STM32;AD57910 引言现在很多智能测量仪表要求具有超高精度的电压信号,同时要求高稳定性、高线形度和低噪声、低温度漂移。
这样的模拟系统设计面临复杂的工程技术挑战,常规的方法是采用多个较低分辨率的DAC和大量分立元件与支持IC整合在一起,同时伴随着相当大的开发风险和高代价的修改时间,才能优化电路参数、减小误差和设计出复杂的自动校准电路,这样不仅增加了硬件设计的复杂性,通常达到的精度也不是很高。
本系统设计的基于STM32微处理器和AD5791的20位超高精度测量系统中,实现了单路超高精度可调电压信号的输出,输出电压信号的幅值可以通过软件来设置。
该系统可靠性高,不需要校准电路。
AD5791是美国ADI公司推出的一款高性能的单路20位电压输出数模转换器,它是业界首款具有真正1 ppm(百万分之一)分辨率和精度的DAC器件[1-2]。
双极工作电压高达33 V。
同时AD5791具有1 ppm的分辨率和精度、低噪声1 ppm以下)、快速刷新率(1 us)和非常低的输出漂移(在1 ppm以下)。
该器件采用了多功能三线串行接口,并与SPI、QSPITM、MICROWIRE TM 和DSP接口标准兼容。
该器件集成了一个上电复位电路,以确保DAC输出能达到OV,并保持在已知输出阻抗状态,直到有效写入为止。
该器件还提供了一个输出钳位功能,这使得其输出在一个限定的负载状态。
综上知,采用该款芯片,减少了复杂校准算法的必要性,能极大地简化设计任务、减少开发和维护成本,同时降低风险。
AD5791:20位电压输出数模转换解决方案
佚名
【期刊名称】《世界电子元器件》
【年(卷),期】2011(000)002
【摘要】@@ ADI公司的AD5791是单路20位电压输出数模转换器(DAC),双极工作电压高达33V,正基准电压从5V至VDD-2.5V,负基准电压从VSS+2.5V至0V,精度1ppm,噪音频谱密度7.5 nV/√Hz,温度漂移0.05ppm/℃,主要用在医疗仪器、测试测量、工业控制和高端科学和航空仪表.
【总页数】2页(P15-16)
【正文语种】中文
【相关文献】
1.用低成本数模转换器实现高精密电压输出 [J], 刘平
2.MCP4728:四路电压输出数模转换方案 [J],
3.基于STM32和AD5791的高精度数模转换电路设计 [J], 崔海朋
4.16通道、16位电压输出数模转换器 [J],
5.ADI在京发布AD5791高精度20位数模转换器 [J],
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Rev.0Circuits from the Lab™ circuits from Analog Devices have been designed and built by Analog Devices engineers. Standard engineering practices have been employed in the design and construction of each circuit, and their function and performance have been tested and verified in a lab environment at room temperature. However, you are solely responsible for testing the circuit and determining its suitability and applicability for your use and application. Accordingly, in no event shall Analog Devices be liable for direct, indirect, special, incidental, consequential or punitive damages due to any cause whatsoever connected to the use of any One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 Fax: 781.461.3113 ©2011 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 电路笔记CN-0191连接/参考器件1 ppm 、20位、±1 LSB INL 电压输出DAC AD5791Circuit from the Lab TM 是经过测试的电路设计,旨在解决常见的设计挑战,方便设计人员轻松快捷地实现系统集成。
基于STM32和AD5791的高精度数模转换电路设计引言:数模转换器广泛应用于各种领域,如自动化控制系统、精密测量设备等。
本文将介绍一种基于STM32微控制器和AD5791数模转换器的高精度数模转换电路设计方案。
1.系统设计原理本系统的设计原理是将STM32作为主控芯片,控制AD5791完成对模拟信号的转换。
STM32通过SPI总线与AD5791进行通信,发送数字信号控制AD5791输出模拟信号。
AD5791是一款高端的16位DAC芯片,具有很高的精度和稳定性,它能够实现模拟信号的高精度转换。
2.系统硬件设计2.1STM32选型根据系统要求,选用一款性能较好的STM32微控制器作为系统主控芯片。
考虑到需要进行高精度的数模转换,推荐选用STM32F4系列的微控制器,如STM32F407ZGT62.2AD5791选型根据系统要求,选用一款能够满足高精度转换的DAC芯片。
AD5791是ADI公司生产的一款16位DAC芯片,其精度可以达到18位,具有较高的性能指标,因此选用AD5791作为系统的数模转换器。
3.系统软件设计3.1STM32驱动程序设计使用STM32的SPI接口与AD5791进行通信,需要编写SPI驱动程序实现数据的读写。
通过STM32的GPIO口进行CS片选信号的控制。
使用STM32的定时器功能生成SPI时钟信号。
3.2AD5791驱动程序设计AD5791的驱动程序主要包括寄存器初始化、数据写入等功能。
根据系统需求,配置AD5791的寄存器参数,包括引脚控制、参考电压选择、输出范围等。
4.电路板设计4.1电源电路设计为了保证系统的稳定运行,电源电路需要设计好。
使用线性稳压芯片和滤波电容,提供稳定的5V和3.3V电源。
4.2信号连接通过连接线将STM32和AD5791连接起来,其中包括SPI数据线、时钟线和片选信号线。
还需要连接AD5791的参考电压输出、模拟输出等引脚。
5.系统测试与优化完成电路板的设计后,进行系统的调试测试。
采用差动放大器AD8276实现精密电流源的优越性2011-05-10 11:28:52 来源:互联网采用精密电流源提供恒定电流已应用于众多领域,包括工业过程控制、仪器仪表、医疗设备和消费电子产品。
例如,过程控制系统利用电流源提供电阻温度检测器(RTD)所需的激励电流;数字万用表利用电流源测量未知电阻、电容和二极管;长距离信息传输广泛使用电流源来驱动4mA至20mA电流环路。
图1 差动放大器和运算放大器构成精密电流源精密电流源传统上采用运算放大器、电阻和其它分立器件构建,但存在尺寸、精度和温度漂移等方面的不足。
现在,高精度、低功耗、低成本集成差动放大器(例如AD8276)的出现,使得尺寸更小、性能更高的电流源变成现实,如图1所示。
反馈缓冲器使用低失调、低偏置电流放大器,例如AD8538、AD8603、AD8605、AD8628、AD8655、AD8661、AD8663、OP177或OP1177,具体取决于所需电流范围。
输出电流可以通过下式计算:最大输出电流受以下因素限制:运算放大器输入范围、差动放大器输出范围以及差动放大器SENSE引脚电压范围。
必须满足下列三个条件:SENSE引脚可以耐受几乎为电源两倍的电压,因此第二个限制条件相当宽松。
2.5V至36V的宽电源电压范围使得AD8276成为许多应用的理想之选。
A级和B级的最大增益误差分别为0.05%和0.02%,因此电流源精度最高可达0.02%。
配置变化对于可以接受稍大误差的低成本应用,可以移除反馈缓冲器以简化电路,如图2所示。
图2 去掉反馈放大器的简化电路如果所需输出电流小于AD8276的输出能力15 mA,则可去掉升压晶体管,如图3所示。
如果低电流和降低精度均能接受,则可采用更为简单的低成本配置,如图4所示。
图3 针对低电流应用的简化电路图4 针对低成本、低电流应用的简化电路图5所示的拓扑结构可以用于高电流、高精度应用,运算放大器输入范围无限制。
超高精度20位DAC的实现声明:此文是LINEAR的应用笔记的翻译和阅读心得。
原文见:A Stand ards Lab Grade 20-bit DAC with 0.1ppm/C Drift (linear官网)1、介绍:最近,在高精度测量仪器中的D/A转换器信号处理已经得到实现。
十年前,12位的数模转换器就被认为是很先进的器件了;今天,16位的DACs在系统设计中越来越多地被使用,这些才是真正的小于1位的线性误差和1ppm/C偏移的精密器件。
尽管如此,仍然有要求更高性能的DAC应用。
如,自动仪器测量,校准设备,激光微调器和医学电子等应用经常要求16位以上的精度,即使18位的DACs已经生产出来了,但是其价格昂贵,并要求更频繁的校准。
这里就是讲述了一个不需要频繁校准的高达20位的DACs的构建。
图120位DACs的结构如上图所示,这里反馈校正网络主要是使用24位的ADC,LTC2400,将输出电压采集回来转换成数字编码,与用户输入的20位数字编码相比较,矫正误差。
2、具体电路具体详细的电路如图2所示:图2结构图中的20位从属DAC包含了两片16位的DAC,两片16位DAC组成的应该是32位,但是,为了保证在所有条件下的回环捕获,超出的8位是重复的,所以由编码比较器输出的是24位的数字信号,然后给这24位DACs,为了保证一个稳定的1ppm漂移误差,综合后的DACs所得到的24位结果提供4位的误差范围,所以就取其中最好的20位。
运放A1和A2是将DAC的电流输出转变成电压输出,因为LTC1599是电流型DAC,与DAC0832一样。
然后在运放A3那里汇总。
A3的增益比例是已设定好的,所以修正回路总是能够修正过零和满幅误差。
运放A3的电压输出由通过LTC2 400这个ADC采集回来与用户输出数据比较,修正误差。
运放A3后的LT1010是一个20MHz带宽的+-150mA输出的电源缓冲器,用在这里是增强输出电压的驱动能力。
ADCDAC的计算机辅助测试和修调
严顺炳;谭建华;等
【期刊名称】《微处理机》
【年(卷),期】1996(000)001
【摘要】根据工作需要开发了基于PC机、8031单片机的计算辅助测试仪。
测试机箱由单片机、高精度任意波形发生器、波形采样器和程控电源等部件组成。
测试机箱与PC机间经光电隔离RS232接口传送信息和数据,避免了PC机干扰,机箱使用灵活方便。
用C语言开发了测试语言,将DSP数字信号处理技术用于ADC、DAC测试取得了良好效果,已实现14位以下ADC、DAC的自动测试。
为实现更高速度、精度的ADC和DAC测试,开发了IEEE488接口板,控制高级智能仪器对其测试。
利用美国ESI44PLUS激光修调机硬、软件资源,结合ADC、DAC测试,实现了对12位以下ADC、DAC的动态修调,保证其电气性能指标。
【总页数】2页(P83-84)
【作者】严顺炳;谭建华;等
【作者单位】电子部第二十四研究所,重庆630060;电子部第二十四研究所,重庆630060
【正文语种】中文
【中图分类】TP335.062
【相关文献】
1.Microchip发布首款集成16位ADC、10 Msps ADC、DAC、USB和LCD的PIC单片机 [J],
2.一种无需SDAC的新型流水线ADC架构——桥电位式流水线ADC架构 [J], 陈启星;罗启宇
3.数字修调技术在高速高精度流水线ADC中的应用 [J], 王继安;邢俊青;李肇基
4.64GSPSADC和DAC核:ADC和DAC核 [J],
5.基于ADC的温度自适应修调电路的设计 [J], 应建华;李奥博;张姣阳;张迪
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