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            DAC應(yīng)用指南

            作者: 時間:2011-02-27 來源: 收藏

              引言

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/117279.htm

              數(shù)模轉(zhuǎn)換器()有著很廣泛的應(yīng)用,作為數(shù)字域和模擬域的溝通橋梁,在許多重要場合中都非常有用。有個問題常被問及:“既然技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入數(shù)字時代,是否將從電子世界中消失呢?”答案是不會!盡管IC制造商每年都會將更多的特性集成到處理器或FPGA中,但總還會有一些接口類的應(yīng)用需求。在全新的3.3V數(shù)字世界中,要處理不穩(wěn)定的和動態(tài)模擬信號并不容易,所以DAC在電子行業(yè)中將繼續(xù)發(fā)揮重要作用。

              盡管沒有詳盡的應(yīng)用列表,表1還是給出了許多常見的應(yīng)用,介紹DAC在系統(tǒng)內(nèi)的典型功用。在一些應(yīng)用中,DAC的功能相對比較明了,但在校準(zhǔn)等其他應(yīng)用中就沒有那么明顯

              DAC應(yīng)用指南

              DAC Applications Review Bill Mcculley  美國了。本文中,我們將回顧一些具體應(yīng)用:如CD唱機(jī)中的音頻DAC,校準(zhǔn)和電機(jī)控制。

              音頻DAC-消費(fèi)類CD播放器

              DAC在消費(fèi)音頻產(chǎn)品中扮演了重要的角色,隨著半導(dǎo)體制造商將更多特性集成到高價值產(chǎn)品中,專業(yè)音頻DAC數(shù)量實(shí)現(xiàn)了連年增長。圖1給出了用在消費(fèi)類CD播放器中的高分辨率DAC。

              圖1中的第一個模塊代表了光學(xué)讀頭。這個模塊含有激光二極管、反射鏡和聚焦透鏡,還有一個光電探測器將反射光轉(zhuǎn)換為電信號。第二個模塊包括調(diào)理電路、采樣電路和一個音頻DSP,或者一個定制的專用集成電路(ASIC)。在該應(yīng)用中,CD播放器將播放各種音頻信號,從搖滾樂到線性度極好、失真度和噪聲都極低的古典交響樂。就DAC而言,其分辨率通常很高(24位或更高)。另外,如果是一個音頻DAC,針對于音頻應(yīng)用,它還有其他一些特點(diǎn)和具體的性能特性。大多數(shù)CD唱機(jī)都要用到外部低通濾波器(LPF)或緩沖電路。本應(yīng)用的最終目標(biāo)是產(chǎn)生最優(yōu)質(zhì)的聲音:在整個音頻頻譜內(nèi),其失真度和噪聲都很低。

              校準(zhǔn)

              無論是用于ADC電路的簡單調(diào)理電路或者高度復(fù)雜的工業(yè)和工廠系統(tǒng),DAC在校準(zhǔn)任務(wù)中都非常有用。根據(jù)校準(zhǔn)要求,可能需要對一系列參數(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整以確保結(jié)果的一致性,比如電壓偏置、增益調(diào)整或電流偏置。每年,工廠生產(chǎn)都變得更加自動化。但不管自動化水平如何,對電路的正確校準(zhǔn)都會越來越重要。通常需要一種方式來快速探測系統(tǒng)輸出錯誤,然后通過在流動過程起點(diǎn)引入“修正”而對其進(jìn)行處理。由于“修正”在本質(zhì)上屬于模擬域內(nèi)操作,所以在許多應(yīng)用中DAC均是該任務(wù)的理想選擇 。

              圖2示意了一類需要特殊校準(zhǔn)的應(yīng)用,這是一個壓力傳感系統(tǒng)。電路從傳感器中獲得一個低電平電壓信號,將其饋入ADC/處理器用于顯示或進(jìn)一步動作。圖中的橋式傳感器從壓力傳感器處接收信號,并由此產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電壓。總之,傳感器/電橋功能作為一個壓力橋傳感器[1]。由于小信號的緣故,要使用一個儀表放大器(In Amp)將小差分信號放大。根據(jù)信號強(qiáng)度,可以為其提供增益,確保對于ADC的輸入而言,信號是滿刻度的。儀表放大器還可以緩沖送往ADC的信號,該ADC將對信號進(jìn)行采樣,而后將數(shù)據(jù)編碼送到微控制器或FPGA中。

              對于許多用戶來說更重要的是,壓力傳感系統(tǒng)在眾多情況下會需要較高精度和更高準(zhǔn)確性。這些情況包括溫度的改變和變化的全盤寄生誤差,甚至是多種不同器件的容差等。多數(shù)情況下,產(chǎn)品外部引入的整體誤差會變得很大。在該應(yīng)用中,用一對DAC對增益誤差和傳感器偏置進(jìn)行動態(tài)“校準(zhǔn)”或修正。如圖2所示,DAC增益調(diào)節(jié)和DAC傳感器偏置這兩部分會接收數(shù)據(jù)編碼,微控制器借助代碼進(jìn)行適當(dāng)?shù)匦拚?使用查找表或內(nèi)部軟件比較程序)可以很容易地對微控制器進(jìn)行編程,將合適的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)送至DAC。模擬電壓從DAC流經(jīng)另外一對儀表放大器,進(jìn)行預(yù)除和緩存處理。用于偏置和增益校準(zhǔn)的信號之后送往主要的儀表放大器非反相輸入端。

              文章最后給出了簡略原理圖的超鏈接[2]。該示意圖并不涵蓋設(shè)計的所有方面,如電源、旁路和電壓參考電路等。但它向讀者示意了如何用DAC和儀表放大器對傳感器電路進(jìn)行動態(tài)校準(zhǔn)。DAC型號為DAC122S085,它是一個雙通道的12位DAC。DAC通過SPI接口將微控制器的數(shù)據(jù)編碼轉(zhuǎn)換,并將電壓信號傳遞至儀表放大器校準(zhǔn)電路上。

              查看原理圖時需要考慮LMP7702 和LMP2016運(yùn)算放大器的選項,它們的組合可構(gòu)成儀表放大器。根據(jù)具體的應(yīng)用要求,也可以使用一個集成式儀表放大器。LMP8358就是一個集成式儀表放大器。即使是最好的軌至軌輸出放大器,在單電源下工作時也不能輸出0V電壓。這會導(dǎo)致誤差積累,因為放大器的輸出飽和電壓會在接下來的放大級中被放大。一種緩解方法是引入一個很小的負(fù)電源電壓,防止放大器輸出在0V時達(dá)到飽和,有利于精確維持0V水平。另一個好處就是它可以充分使用ADC的全部輸入范圍。在原理圖中,我們給電路中的每個儀表放大器均添加了一個-0.23V的微小負(fù)電壓,使用的是LM7705負(fù)偏置發(fā)生器。

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