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关于PWM D/A实验板制作的答疑

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发表于 2013-2-24 09:26:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
    *关于滤波器的几个电阻参数如下:R5-3.60K,R6-7.50K,R8-5.60K,R5-27.0K,精度1%的低温漂电阻。
    *关于拨码开关的设置:最少都必须有一个数设置,最大69999,也就是说设置1-69999是有效的,设置0和70000都是无效的设置。每位的设置必须是8421码中0-9有的值,否则也是无效的,最高位只能设置到8421码中的6,其余位可以从1到9.
      *关于噪音和线性度的进一步改善:噪音的主要来源是PWM的开关电路,这个实验板用的五阶有源滤波,对开关频率80HZ附近的最好抑制能力是-120dBV,实际测量值,在输出小的电压时。最差的抑制能力在-92dBV。用34401A的6.5位表看,10NPLC基本不跳数,要做到6.5位纹丝不动,必须用7阶有源滤波,最差的抑制能力可以到-120dBV。对这个实验板而言改动大,我在这个板子上打了个补丁,提高时钟频率到10-12MHZ,用高速IC开关器件代替原来的分离元件开关电路,PWM主频到142HZ以上后,噪音大为改善,用3458A测试,10NPLC,7.5位跳数3个字(短时间内),长时间10000个读数采样,最大和最小值的差值也在6uV内。如果频率进一步提高,有源滤波可以做3阶的即可,大大减小体积,因为优质的低漏电电容体积都不小,阶数多,数量用得多。
   *关于0点校正的问题,考虑到这个的有效分辨率5.5位,0点校正电路元件没有装,设计在基准版上的。不过通过合理的地线布置和元件搭配,可以保证0点在正负8uV内。一般用无需校正。
   *关于满度校正的问题,满度校正理论上应该校正满度输出6.9999V,但是在这输出附近的非线性度增加,以此校正后线性度会不好,所以校正点适当低些,选择6.0000V或者5.0000V即可,这样下来的线性度较好。
   *关于响应时间的问题,这个滤波电路的响应时间稍微有些长,主要考虑滤波效果,如果要小,可以将电容从2.2uF降低到1uF,滤波效果有几个dBV的一点点下降,用表读数基本看不到。
   *关于线性度的问题,线性度主要的影响因素是开关电路的内阻,基准的负载能力,PCB的泄漏,有源滤波的损耗,缓冲电路的线性度。这个实验板也对此有考虑,优选器件是比较可靠的做法,可以保证到1PPM内,如果要求再高,必须加入硬件线性度校正电路,做到0.3PPM。如果经常用的输出范围在3V内,以3V为满度校正线性度,可以大大改善线性度,但是输出范围变窄了。这也是一些校正源的惯用办法,所以满度输出到12V的源,要线性度好而无校正电路,是有相当难度的。如5440B
      *关于温度系数的问题,这个板的温度系数主要来源于基准,其他电路的影响非常小,这也是PWM D/A的优点之一。要更好的温度系数的可以考虑LTZ1000做的基准。
   *关于应用的问题,这个输出虽然只有7V的样子,分辨率只有5.5位,但是从0.0001V的输出到6.9999V的输出都有较好的线性度,已经优于大部分商品D/A芯片。低于100uV的分辨率部分值是稳定的0,如输出1.2345V,虽然分辨率在5后就不能调整了,但是5后面的值是稳定的0,所以实际值是稳定的1.23450V,完全可以用来校正5.5位表的基本量程,如HP3468A,3478A,FLUKE8840A,特别是8840A的A/D校正要的多个值特殊电压。比起电阻分压来简单可靠准确。也可以用来检查一些商品低位的D/A转换器线性度。当然检查手持表是绰绰有余了。
   *关于升级的问题,这个板卡的分辨率不高,多少有些遗憾,就是多一位就好多了,如果有兴趣可以用8421码倍率的电阻,做一位电阻的分压与缓冲电路叠加,满足0.1mV以下的分辨率调整。数字部分最简单的升级就是用单片机输出8421码,代替拨码开关。

改善噪音的补丁板

改善噪音的补丁板
 楼主| 发表于 2013-2-24 09:33:17 | 显示全部楼层
效果测试图
更多图片 小图 大图
组图打开中,请稍候......
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发表于 2013-2-24 09:42:34 | 显示全部楼层
好帖,先存下,顶起来。
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发表于 2013-2-24 09:44:39 | 显示全部楼层
关于升级的问题,这个板卡的分辨率不高,多少有些遗憾,就是多一位就好多了,如果有兴趣可以用8421码倍率的电阻,做一位电阻的分压与缓冲电路叠加,满足0.1mV以下的分辨率调整。数字部分最简单的升级就是用单片机输出8421码,代替拨码开关。

我已用CPLD,20位的PWM,频率142Hz,可以做到最后一位的调整,很不错哦。
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发表于 2013-2-24 12:04:09 | 显示全部楼层
值得玩玩~
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发表于 2013-2-24 12:49:47 | 显示全部楼层
我用M16做的16bit的PWM,频率122hz,2阶RC,34401 10V档最后一位最多跳一个字
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发表于 2013-2-24 17:23:17 | 显示全部楼层
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发表于 2013-2-24 19:40:49 | 显示全部楼层
好东西,真不错的测试。
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发表于 2013-2-24 23:13:19 | 显示全部楼层
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发表于 2013-2-26 01:31:24 | 显示全部楼层

回 thy888 的帖子

thy888:效果测试图 (2013-02-24  09:33)
请问图中使用的是什么仪表?
谢谢!
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