Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Multimetr FlukeMultimetr Fluke
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Nietypowe łączenie przetworników DAC oraz DAC i ADC w przykładach

Urgon 10 May 2021 12:45 1110 0
  • Wstęp

    W większości typowych zastosowań pojedynczy przetwornik ADC (analogowo-cyfrowy) lub DAC (cyfrowo-analogowy) w zupełności wystarczy. Te standardowe zastosowania są szeroko omówione zarówno w notach katalogowych i aplikacyjnych poszczególnych producentów tych układów, jak i w wielu poradnikach dostępnych online. Ten poradnik skupia się na sytuacjach nietypowych, wskazując ciekawe, alternatywne rozwiązania.

    Dla uproszczenia na schematach pominięto zarówno połączenia komunikacyjne dla mikrokontrolera (ze względu na wiele rodzajów interfejsów występujących w układach DAC i ADC), oraz wszystkie kondensatory filtrujące zasilanie układów. Należy je dodać przy projektowaniu praktycznego układu.

    Kaskadowe łączenie przetworników DAC

    Nietypowe łączenie przetworników DAC oraz DAC i ADC w przykładach

    Pomysł na połączenie dwóch przetworników DAC tak, aby jeden stanowił źródło napięcia odniesienia dla drugiego zrodził się z potrzeby regulacji amplitudy generowanego sygnału przy ograniczonych zasobach mikrokontrolera. Gdyby użyć pojedynczego przetwornika DAC, zmiana amplitudy sygnału wymagałaby przemnożenia wartości binarnej dla każdej próbki. Zwykłe skalowanie przez przesuwanie wartości o n bitów w prawo zmniejszyłoby rozdzielczość generowanego sygnału. W proponowanym rozwiązaniu mikrokontroler najpierw ustala maksymalną wartość amplitudy w przetworniku U1, który posiada wbudowane źródło napięcia odniesienia. Następnie generuje lub odczytuje z tablicy wartości amplitudy dla układu U2. Rozdzielczość sygnału jest niezależna od jego maksymalnej amplitudy w tym rozwiązaniu.

    W układzie praktycznym wykorzystałem dwa podwójne przetworniki DAC: MCP4812 i MCP4912. Oba przetworniki są 10-bitowe, MCP4812 ma wbudowane napięcie odniesienia o wartości 2,048V. Oba układy mają opcjonalne wzmacniacze wyjściowe o wzmocnieniu 2x. W takiej konfiguracji minimalny krok dla U2 wynosi:

    2,048V (napięcie odniesienia U1) / 1024 (rozdzielczość U1) / 1024 (rozdzielczość U2) = 1,953125µV

    Maksymalny krok wyniesie w tym przypadku 8mV. Amplituda maksymalna może być regulowana w zakresie od 2mV do 4,096V.
    Ten sposób regulacji amplitudy wykorzystany zostanie w projekcie dwukanałowego generatora DDS na AD9834.


    Nietypowe łączenie przetworników DAC oraz DAC i ADC w przykładach

    Zamiana U1 na przetwornik z wejściem napięcia odniesienia i dodanie zewnętrznego źródła tego napięcia (U3) może poprawić dokładność i stabilność całego układu. Zastosowanie zamiast dwóch oddzielnych przetworników układu podwójnego, jak wspomniany MCP4912 (albo MCP4902 (8-bitowy) czy MCP4922 (12-bitowy)) uprości projekt płytki drukowanej.

    Wadą tego rozwiązania jest fakt, iż wszystkie błędy nieliniowości pierwszego układu w kaskadzie zostaną dodane do błędów nieliniowości drugiego układu, co wymaga dodatkowej kalibracji całości. Z drugiej strony regulacja amplitudy staje się znacząco uproszczona.

    Przetwornik DAC jako regulowane napięcie odniesienia dla przetwornika ADC

    Nietypowe łączenie przetworników DAC oraz DAC i ADC w przykładach

    Ten układ pozwala uzyskać większą precyzję pomiarów zarówno dużych, jak i bardzo małych wartości bez konieczności stosowania wzmacniaczy o programowalnym wzmocnieniu oraz dodatkową możliwość kalibracji przetwornika ADC i kompensację jego błędów przez precyzyjną kontrolę jego napięcia odniesienia. Dokładna, wstępna kalibracja jest wymagana.

    Łączenie przetworników DAC dla regulacji zgrubnej i dokładnej

    Nietypowe łączenie przetworników DAC oraz DAC i ADC w przykładach

    Schemat powyżej występuje w notach katalogowych układów MCP48x2 i MCP49x2 jako praktyczne rozwiązanie uzyskiwania większych rozdzielczości z tańszymi układami DAC. W tej konfiguracji układ U1 ustala napięcie zgrubnie, podczas gdy układ U2 reguluje je precyzyjnie w bardzo wąskim zakresie. Błędy nieliniowości układu U1 są w praktyce wyeliminowane przez prostą kalibrację, zaś błąd nieliniowości jest podzielony przez tysiąc. Układ U4 pełni funkcję bufora, i jest niezbędny dla prawidłowego działania układu. Zaleca się stosować precyzyjny wzmacniacz operacyjny o wysokiej impedancji wejściowej i wejściach i wyjściu rail-to-rail.


    Nietypowe łączenie przetworników DAC oraz DAC i ADC w przykładach

    Czasami potrzebna jest regulacja napięcia w wąskim zakresie, wtedy układ można uprościć zamieniając przetwornik DAC regulacji zgrubnej na dodatkowe źródło napięcia odniesienia. W obu przypadkach napięcie wyjściowe układu wyraża się wzorem:

    $$Vo = \frac{VU1R1+VU2R2}{R1+R2}$$


    Praktyczny układ precyzyjnego pomiaru prądu na bazie LTC6915

    Nietypowe łączenie przetworników DAC oraz DAC i ADC w przykładach Nietypowe łączenie przetworników DAC oraz DAC i ADC w przykładach

    Powyższe rozwiązanie, w niepełnej formie zostało zaprezentowane tutaj. Układ U1 wraz z towarzyszącymi komponentami generuje napięcie referencyjne 2,5V dla wzmacniacza programowalnego LTC6915 (U5). Przetwornik DAC U2 pozwala na precyzyjną jego regulację, przy zastosowaniu MCP4921 i napięcia odniesienia 2,048V teoretycznie regulacja będzie w zakresie ±1,024mV z krokiem 500nV. Pozwoli to przez kalibrację wyeliminować napięcie niezrównoważenia wejść U5. Przy kalibracji i pomiarze przy użyciu zwykłego przetwornika ADC, jak na pierwszym rysunku zmierzone napięcie wyjściowe U5 bez obciążenia powinno wynosić równo 2,5V. Przy układzie ADC Delta-Sigma, połączonym jak na drugim rysunku do kalibracji niezbędny będzie zewnętrzny woltomierz - wartość napięcia na pinie OUT układu U5 względem masy powinna wynosić dokładnie 2,5V. Choć kalibracja przez to jest bardziej kłopotliwa, układ z drugiego rysunku eliminuje konieczność odejmowania wartości 2,5V od wyniku pomiaru ADC by określić kierunek przepływu prądu.

    Cool! Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    Urgon
    Editor
    Offline 
  • Multimetr FlukeMultimetr Fluke