【導讀】我們將簡(jiǎn)單的CMOS反相器邏輯門(mén)用作一對開(kāi)關(guān)。ADALM2000模塊的數字I/O信號可配置為具有+3.3 V電源電壓的標準CMOS分壓器（推挽模式）。采用最簡(jiǎn)單的形式，CMOS輸出可以由一個(gè)PMOS器件M1和一個(gè)NMOS器件M2組成。通常，CMOS制造工藝經(jīng)過(guò)特別設計，使得NMOS和PMOS器件的閾值電壓VTH大致相等——即互補。然后，反相器的設計人員調整NMOS和PMOS器件的寬長(cháng)比W/L，使其各自的跨導和RON也相等。兩個(gè)晶體管中，只有一個(gè)處于導通狀態(tài)，同時(shí)將輸出端連接到VDD或VSS。我們可以考慮將這兩個(gè)電壓用作DAC的基準電壓源。
R-2R梯形電阻數模轉換器(DAC)
目標
本實(shí)驗的目標是探討數模轉換的概念，將CMOS反相器用作梯形電阻分壓器的基準開(kāi)關(guān)（用于DAC中）。
背景信息
我們將簡(jiǎn)單的CMOS反相器邏輯門(mén)用作一對開(kāi)關(guān)。ADALM2000模塊的數字I/O信號可配置為具有+3.3 V電源電壓的標準CMOS分壓器（推挽模式）。采用最簡(jiǎn)單的形式，CMOS輸出可以由一個(gè)PMOS器件M1和一個(gè)NMOS器件M2組成。通常，CMOS制造工藝經(jīng)過(guò)特別設計，使得NMOS和PMOS器件的閾值電壓VTH大致相等——即互補。然后，反相器的設計人員調整NMOS和PMOS器件的寬長(cháng)比W/L，使其各自的跨導和RON也相等。兩個(gè)晶體管中，只有一個(gè)處于導通狀態(tài)，同時(shí)將輸出端連接到VDD或VSS。我們可以考慮將這兩個(gè)電壓用作DAC的基準電壓源。
圖1.CMOS輸出驅動(dòng)器。
在 “電壓模式”中使用R-2R梯形電阻（如圖2所示）,根據數字碼交替驅動(dòng)到兩個(gè)基準電壓電平中的任一個(gè)(D0-7)。數字0表示VREF–，數字1表示VREF+。根據數字輸入碼，VLADDER（圖2）將在兩個(gè)基準電平之間變化。兩個(gè)基準電壓的負基準電壓(VREF–)通常為地電壓(VSS)。在本例中，我們將正基準電壓(VREF+)設置為CMOS驅動(dòng)器的正電源電壓(VDD)。
材料
?ADALM2000主動(dòng)學(xué)習模塊
?無(wú)焊面包板
?跳線(xiàn)
?9個(gè)20 kΩ電阻
?9個(gè)10 kΩ電阻
?1個(gè)OP27放大器
說(shuō)明
最好在無(wú)焊試驗板上構建圖2所示的8位梯形電阻電路。模擬部件套件(ADALP2000)中提供的電阻數量通常不足以構建完整的8位梯形電阻。如果可以獲得這些電阻，此項目最好使用1%的電阻。
將用藍色框表示的8個(gè)數字輸出、示波器通道和用綠色框表示的AWG輸出連接到梯形電阻電路中，如圖所示。注意將電源連接到運算放大器電源引腳。
圖2.R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò )電路
硬件設置
圖3.R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò )電路試驗板連接
程序步驟
當安裝R1和R2時(shí)，設置AWG1的直流電壓與DAC的VREF+相等，即等于CMOS數字輸出的3.3 V電源電壓。此時(shí)輸出電壓為雙極性，其擺幅為-3.3 V至+3.3 V。斷開(kāi)AWG1并移除電阻R1，輸出電壓為單極性，擺幅為0 V至+3.3 V。啟動(dòng)Scopy軟件。打開(kāi)模式發(fā)生器界面。選擇DIO0至DIO7，并組成一個(gè)分組。設置參數，將模式設置為二進(jìn)制計數器。輸出設置為推挽輸出（PP），頻率設置為256 kHz。此時(shí)能看到類(lèi)似圖4所示的內容。最后，點(diǎn)擊運行按鈕。
圖4.模式發(fā)生器界面。
打開(kāi)示波器界面，開(kāi)啟通道2，并將時(shí)基設置為200μs/div，點(diǎn)擊綠色運行按鈕開(kāi)始運行。有時(shí)可能還需要調整通道的垂直范圍（初始條件下，1 V/div比較合適）。通過(guò)示波器界面能看到（如圖4所示）電壓從0 V上升到3.3 V，斜坡信號的周期應為1 ms。
圖5.示波器界面。
改變數字模式。嘗試隨機模式，并打開(kāi)示波器上的FFT窗口。您還可以通過(guò)生成具有一列0到255（對于8位寬總線(xiàn)）數字的純文本.csv文件，來(lái)加載自定義模式。加載自定義模式，看看會(huì )出現什么情況。
您可以嘗試加載以下這些預制波形文件：正弦、三角、高斯脈沖等：waveforms_pg。
AD5626 12位nanoDAC
背景信息
AD5626是一款可以使用5 V單電源供電的電壓輸出DAC。它集成了DAC、輸入移位寄存器和鎖存、基準電壓源以及一個(gè)軌到軌輸出放大器。輸出放大器擺幅可達到任一供電軌，且設置范圍為0 V至4.095 V，分辨率為每位1 mV。該器件采用高速、三線(xiàn)式、兼容數據輸入(SDIN)的DSP、時(shí)鐘(SCLK)和負載選通
的串線(xiàn)接口。它還有芯片選擇引腳，可連接多個(gè)DAC。上電時(shí)或用戶(hù)要求時(shí)，CLR輸入可將輸出設置為零電平。
圖6.AD5626的簡(jiǎn)化功能框圖。
除1位DAC寄存器外，AD5626還有一個(gè)獨立的串行輸入寄存器，新數據值可以預載到該串行寄存器中，而不會(huì )干擾現有DAC輸出電壓。通過(guò)選通LDAC引腳，可以將加載值傳輸到DAC寄存器。
單極性輸出操作
這種操作模式是AD5626的基本模式。您可以根據DAC的單極性代碼表驗證AD5626的功能是否正常。
表1.AD5626的單極性代碼表
材料
?ADALM2000主動(dòng)學(xué)習模塊
?無(wú)焊面包板
?跳線(xiàn)
?一個(gè)AD5626 12位nanoDAC?
?一個(gè)2.2 kΩ電阻
?一個(gè)0.001 μF電容
?一個(gè)0.1 μF電容
?一個(gè)10 μF電容
硬件設置
如圖7所示連接AD5626的引腳。
圖7.AD5626實(shí)現單極性操作的連接。
程序步驟
打開(kāi)Scopy，使能正電源為5 V。在模式發(fā)生器中，根據數據手冊中AD5626的時(shí)序圖配置DAC輸入信號。從配置SPI信號開(kāi)始。使用DIO0、DIO1和DIO2創(chuàng )建通道組。如果連接如圖7所示，則DIO1表示時(shí)鐘信號，DIO2表示數據信號，DIO0表示
信號。在進(jìn)行SPI分組時(shí)，確保數字通道的順序是正確的（參見(jiàn)圖10）。數據手冊中指明，高電平和低電平狀態(tài)下的時(shí)鐘寬度應達到至少30 ns。由此可計算時(shí)鐘周期，進(jìn)而計算最大頻率。將時(shí)鐘頻率設為1 MHz。將CLK極性和CLK相位設為1。
由于A(yíng)D5626是12位DAC，因此通過(guò)SPI發(fā)送的數據長(cháng)度應至少為12位。將每幀的字節數設為2，在轉換開(kāi)始時(shí)，它會(huì )發(fā)送16位。在數據文本框中，您可以輸入將發(fā)送至DAC的值。SPI組通道的信號應類(lèi)似于A(yíng)D5626 DAC的時(shí)序圖。
圖8.AD5626試驗板連接。
圖9.AD5626 SPI時(shí)序圖。
現在，您應該配置
和
信號。從數據手冊中，我們得知在
處于高電平時(shí)，移位寄存器的內容會(huì )在
的上升沿更新。將DIO4 (
)的模式設置為“數值”，輸入數值1。只要位是串行傳輸，LDAC信號(DIO3)的
下降沿之前應該有一個(gè)上升沿，且應處于高電平。為了滿(mǎn)足上述條件，DIO3信號可以設置為采用13 kHz頻率和160°相位。AD5626數模轉換所需的所有輸入信號如圖9所示。
圖10.模式發(fā)生器信號設置。
最后一步是在Scopy中打開(kāi)示波器，將通道1連接到AD5626的輸出端。啟用通道1測量，并在SPI的“數據”區域輸入一個(gè)值。如果通過(guò)SPI發(fā)送的數據為7FF，在圖11中，您可以查看相應的輸出電壓。
圖11.輸入為7FF時(shí)，AD5626的輸出電壓。
雙極性輸出操作
雖然AD5626設計用于單電源操作，但使用圖12所示的電路也可以實(shí)現雙極性操作。
圖12.雙極性輸出操作，未經(jīng)調節（數據手冊中建議的電路）。
此電路可用于不需要高精度的應用。輸出電壓以偏移二進(jìn)制格式編碼，由以下公式給出：
在輸出范圍為±5 V，采用圖12中的表所示的電路值時(shí)，轉換公式變?yōu)椋?/p>
材料
?ADALM2000主動(dòng)學(xué)習模塊
?無(wú)焊面包板
?跳線(xiàn)
?一個(gè)AD5626 12位nanoDAC
?一個(gè)OP484運算放大器
?一個(gè)0.1 μF電容
?一個(gè)1 kΩ電阻
?一個(gè)20 kΩ電阻
?兩個(gè)10 kΩ電阻
?一個(gè)47 kΩ電阻
?一個(gè)470 kΩ電阻
圖13.AD5626雙極性輸出操作試驗板連接
硬件設置
在無(wú)焊試驗板上構建圖12所示的電路。
程序步驟
您可以將DAC配置為單極性輸出操作，如圖7所示。對于基準電壓，使用信號發(fā)生器的通道1，設置為恒定2.5 V。在示波器的第二個(gè)通道上，可顯示運算放大器輸出端的電壓。您可以在示波器上同時(shí)顯示單極性操作和雙極性操作的電壓。
圖14.000輸入的單極性和雙極性輸出電壓。
圖15.800輸入的單極性和雙極性輸出電壓。
圖16.FFF輸入的單極性和雙極性輸出電壓。
問(wèn)題：
1.使用歐姆定律和并聯(lián)電阻公式，當輸入D7和D6連接到接地和3.3 V的每個(gè)組合時(shí)，R-2R DAC的輸出電壓是多少？請將結果以表格形式呈現。
您可以在學(xué)子專(zhuān)區論壇上找到答案。
關(guān)于A(yíng)DI公司
Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導體公司，致力于在現實(shí)世界與數字世界之間架起橋梁，以實(shí)現智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng )新。ADI提供結合模擬、數字和軟件技術(shù)的解決方案，推動(dòng)數字化工廠(chǎng)、汽車(chē)和數字醫療等領(lǐng)域的持續發(fā)展，應對氣候變化挑戰，并建立人與世界萬(wàn)物的可靠互聯(lián)。ADI公司2022財年收入超過(guò)120億美元，全球員工2.4萬(wàn)余人。攜手全球12.5萬(wàn)家客戶(hù)，ADI助力創(chuàng )新者不斷超越一切可能。更多信息，請訪(fǎng)問(wèn)www.analog.com/cn。
關(guān)于作者
Andreea Pop自2019年起擔任ADI公司的系統設計/架構工程師。她畢業(yè)于克盧日-納波卡理工大學(xué)，獲電子與通信學(xué)士學(xué)位和集成電路與系統碩士學(xué)位。聯(lián)系方式：andreea.pop@analog.com。
Antoniu Miclaus現為ADI公司的系統應用工程師，從事ADI教學(xué)項目工作，同時(shí)為Circuits from the Lab?、QA自動(dòng)化和流程管理開(kāi)發(fā)嵌入式軟件。他于2017年2月在羅馬尼亞克盧日-納波卡加盟ADI公司。他目前是貝碧思鮑耶大學(xué)軟件工程碩士項目的理學(xué)碩士生，擁有克盧日-納波卡科技大學(xué)電子與電信工程學(xué)士學(xué)位。聯(lián)系方式：antoniu.miclaus@analog.com。
Doug Mercer于1977年畢業(yè)于倫斯勒理工學(xué)院(RPI)，獲電子工程學(xué)士學(xué)位。自1977年加入ADI公司以來(lái)，他直接或間接貢獻了30多款數據轉換器產(chǎn)品，并擁有13項專(zhuān)利。他于1995年被任命為ADI研究員。2009年，他從全職工作轉型，并繼續以名譽(yù)研究員身份擔任ADI顧問(wèn)，為“主動(dòng)學(xué)習計劃”撰稿。2016年，他被任命為RPI ECSE系的駐校工程師。聯(lián)系方式：doug.mercer@analog.com。
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀：
