作者：Steven Xie, Karl Wei, and Claire Croke

高壓開(kāi)關(guān)、雙極性ADC和其他具有多個(gè)電源的器件通常需要按特定順序施加或移除電源電壓。本文提出了一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)高效的方法，用于確定系統(tǒng)在受到電源瞬變、中斷或序列變化時(shí)的行為。采用多個(gè)電源的器件示例是AD7656-1（表1），這是一款16位、250 kSPS、6通道、同步采樣、雙極性輸入ADC。ADuC7026精密模擬微控制器的四個(gè)12位DAC提供DUT的可編程電源電壓。使用AD7656-1評(píng)估板和ADuC7026評(píng)估板，只需進(jìn)行最少的硬件和軟件開(kāi)發(fā)即可完成原型設(shè)計(jì)。

表 1.AD7656-1 典型電源電壓和最大電源電流

表1顯示了每個(gè)ADC電源的典型電壓和最大電流。ADuC7026上的四個(gè)DAC產(chǎn)生的可編程時(shí)序可控電壓波形由AD7656-1評(píng)估板上的超低噪聲和失真運(yùn)算放大器AD797進(jìn)行縮放，以提供指定的電源電壓和電流。微控制器的速度和可編程性有助于控制電源電壓的電壓電平、周期、脈沖寬度和斜坡時(shí)間。

例如，使用外部電源，AD7656-1評(píng)估板上的AD797放大器（配置為增益為5）可以產(chǎn)生0 V至12.5 V的電壓范圍，以驅(qū)動(dòng)ADC的VDD供應(yīng)軌。AD797的高輸出驅(qū)動(dòng)能力允許為每個(gè)電源軌提供高達(dá)50 mA的電流。圖1顯示了與ADC的連接。

圖1.AD7656-1 連接圖

ADuC7026 DAC數(shù)據(jù)寄存器可通過(guò)41.78 MHz內(nèi)核時(shí)鐘以7 MHz頻率更新，從而最大限度地提高電壓更新速率。以下部分介紹開(kāi)發(fā)過(guò)程，并提供使用評(píng)估板獲得的測(cè)量結(jié)果。

硬件開(kāi)發(fā)和設(shè)置

ADuC7026評(píng)估板上的四個(gè)DAC輸出引腳和AGND分別連接到AD7656-1評(píng)估板上的四個(gè)AD797輸入和AGND。安捷倫 E3631A 外部電源模塊為 AD797 提供 ±15 V。通過(guò)USB連接到ADuC7026評(píng)估板的計(jì)算機(jī)提供5 V電源和串行通信。

原理圖設(shè)計(jì)

AD7656-1評(píng)估板上唯一需要的硬件更改與AD797有關(guān)?？梢愿鶕?jù)不同的增益和帶寬要求選擇R1和R2。圖3顯示AD797設(shè)置為增益= 4，以便從ADuC7026 DAC的0 V至2.5 V輸出提供0 V至10 V輸出。R3和C1形成一個(gè)低通濾波器，以降低高頻噪聲。CL用作電源軌上的負(fù)載電容器。

圖3.AD797原理圖設(shè)計(jì)，增益=4。

圖4顯示了AD797在增益= 4時(shí)的頻率響應(yīng)，從NI 多 SIM 卡?模擬。1.0MHz 帶寬和 73° 相位裕量可提供快速瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定運(yùn)行。

圖4.AD797的頻率響應(yīng)，增益=4。

AD797 設(shè)計(jì)筆記

超低失真、超低噪聲運(yùn)算放大器AD797具有80 μV最大失調(diào)電壓、出色的直流精度、800 ns建立至16位、50 mA輸出電流和±13 V輸出擺幅（采用±15 V電源供電），非常適合驅(qū)動(dòng)電源軌。

不過(guò)，它不會(huì)針對(duì)大量容性負(fù)載進(jìn)行內(nèi)部補(bǔ)償，因此必須使用外部補(bǔ)償技術(shù)來(lái)優(yōu)化此應(yīng)用。圖5顯示了驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載引起的AD797輸出振蕩。

圖5.無(wú)補(bǔ)償振蕩。

為了在電源軌上具有容性負(fù)載的情況下穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)，電阻R4放置在輸出和負(fù)載之間。該電阻將運(yùn)算放大器輸出和反饋網(wǎng)絡(luò)與容性負(fù)載隔離開(kāi)來(lái)，并在反饋網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)中引入零點(diǎn)，從而降低更高頻率下的相移。1反饋電容C2補(bǔ)償運(yùn)算放大器輸入端的容性負(fù)載，包括C1。

應(yīng)用DAC

ADuC7026精密模擬微控制器具有四個(gè)12位電壓輸出DAC，具有軌到軌輸出緩沖器、三個(gè)可選范圍和10 μs建立時(shí)間。

每個(gè)DAC具有三個(gè)可選范圍：0 V至VREF（內(nèi)部帶隙2.5 V基準(zhǔn)電壓源），0 V至DACREF（0 V至AVDD），和 0 V 至 AVDD.范圍使用控制寄存器 DACxCON 設(shè)置。DAC接受0 V至AV范圍的外部基準(zhǔn)電壓源DD.使用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源時(shí)，必須從VREF引腳連接到AGND，以確保穩(wěn)定性。

四個(gè)DAC中的每一個(gè)都可以通過(guò)控制寄存器DACxCON和數(shù)據(jù)寄存器DACxDAT獨(dú)立配置。一旦通過(guò)DACxCON寄存器配置了DAC，就可以將數(shù)據(jù)寫(xiě)入DACxDAT以獲得所需的輸出電壓電平。

四個(gè)DAC輸出很容易使用C或匯編語(yǔ)言進(jìn)行控制。此C代碼示例展示了如何選擇內(nèi)部2.5 V基準(zhǔn)電壓源并將DAC0輸出設(shè)置為2.5 V。

將內(nèi)部 2.5 V 基準(zhǔn)連接到 VREF 引腳

REFCON = 0x01;

//enable DAC0 operation

DAC0CON = 0x12;

//update DAC0DAT register with data 0xFFF

DAC0DAT = 0x0FFF0000;

Using assembly language,

DAC0CON[5] 被清除以使用內(nèi)核時(shí)鐘 （41.78 MHz） 更新 DAC0 以實(shí)現(xiàn)快速更新速率;

DAC0CON[1：0] 設(shè)置為“10”以使用 0 V 至 VREF （2.5 V） 輸出范圍

“DAC0DAT = 0x0FFF0000”可以通過(guò)兩個(gè)指令編譯為匯編代碼：

MOV R0， #0x0FFF0000

STR R0， [R1， #0x0604]

這兩個(gè)指令總共需要六個(gè)時(shí)鐘周期來(lái)執(zhí)行，對(duì)應(yīng)于 7 MHz 更新速率和 41.78 MHz 內(nèi)核時(shí)鐘頻率。因此，電壓軌之間的時(shí)間延遲可以精確到144 ns。

測(cè)量結(jié)果

ADuC7026中的四個(gè)DAC為AD7656-1提供四個(gè)電源，以測(cè)試其在電源瞬變或時(shí)序變化下的行為。表2顯示了ADC的電源和電壓電平。

表 2.AD7656-1電源

如表2所述，來(lái)自四個(gè)DAC輸出的波形是使用示波器捕獲的，如圖6所示。每個(gè)通道的電壓電平、周期、脈沖寬度和斜坡時(shí)間都是可編程的，易于控制。具體參數(shù)在以下各節(jié)中測(cè)量和描述。

圖6.四通道電壓波形。

為了達(dá)到每個(gè)電源的精確電壓電平，圖3中的R1可以使用可調(diào)電阻。通過(guò)使用安捷倫 34401A 數(shù)字萬(wàn)用表調(diào)節(jié) R1 來(lái)校準(zhǔn)電壓電平。

測(cè)量上升和下降斜坡時(shí)間以確定電壓波形的最大頻率。斜坡時(shí)間與電阻R4的值和容性負(fù)載CL有關(guān)。對(duì)于較慢的斜坡時(shí)間，R4和CL可以使用較大的電阻和電容值。AV的上升和下降斜坡時(shí)間抄送和DV抄送用不同的負(fù)載電容進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表3所示。使用1 μF電容時(shí)的上升波形如圖7所示。斜坡時(shí)間在10 V的10%至90%之間測(cè)量。

表 3.容性負(fù)載時(shí)的斜坡時(shí)間

圖7.1μF 容性負(fù)載下的上升時(shí)間。

電源紋波

AD797具有出色的直流精度，可通過(guò)調(diào)節(jié)反饋電阻R1輕松為AD7656-1提供精確的標(biāo)稱(chēng)電壓電平。電源的峰峰值紋波是在標(biāo)稱(chēng)電壓電平下測(cè)量的，標(biāo)稱(chēng)電壓水平為200 MHz和20 MHz帶寬，容性負(fù)載為0.1 μF，采用DS1204B示波器。表4顯示紋波小于標(biāo)稱(chēng)電壓的1%，因此四個(gè)電源均符合要求。

表 4.每個(gè)電源的紋波

圖8.AVCC 和 DVCC 上的 5V 電源紋波。

生成波形

只需對(duì)ADuC7026源代碼進(jìn)行簡(jiǎn)單修改，就可以為需要評(píng)估不同電源條件下器件工作情況的各種不同應(yīng)用生成許多不同的電壓波形序列?？梢陨傻牡湫筒ㄐ稳鐖D9和圖10所示。

圖9.22.32 kHz 方波。

圖 10.13.16 kHz 脈沖波形。

圖 11 中 顯示 的 LabVIEW GUI 可用于 生成 電源 波形。四個(gè)通道的電壓電平、斜坡時(shí)間、周期和序列延遲時(shí)間易于配置。串行端口用于GUI和ADuC7026之間的通信。

圖 11.電源配置圖形用戶(hù)界面。

結(jié)論

使用AD7656-1和ADuC7026評(píng)估板開(kāi)發(fā)并驗(yàn)證了一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)高效的方法來(lái)評(píng)估電源排序的影響。ADuC7026評(píng)估板為四個(gè)電源生成一個(gè)可控的可編程序列，以評(píng)估ADC在不同電源時(shí)序/斜坡條件下的工作情況。微控制器中的三相16位PWM發(fā)生器可提供總共七個(gè)電壓通道。

審核編輯：郭婷