数字闭环自校准程控六位半电压发生器的试制和测试（基于 LTC2400/AD5541）
方案来自 Linear 的 An86：AN86 - A Standards Lab Grade 20-Bit DAC with 0.1ppm/° Drift: The Dedicated Art of Digitizing One Part Per Million设计理念：用 LTC2400 在一个闭环周期中测试一次“参考基准”，这里是 LM399，当然也可以是更加可靠的比如 LTZ1000，然后再测试一次 DAC 的输出，计算两者的比例差异并调整 DAC 使得两者保持一个恒定的比例，从而尽可能消除 DAC 的温度系数和老化的影响，将输出电压尽可能纠正到这个参考基准上。
演示视频：
http://www.tudou.com/programs/view/pJ74U0pL9pU/
视频说明：
视频演示了通过串口设定电压，以及开启或关闭数字闭环的过程。由于数字闭环不停调整 DAC 的输出，所以闭环状态下，噪声会略大一些，在需要低噪声的场合，可以关闭数字闭环，甚至关闭回读的 ADC。
00:07，关闭了回读系统，此时自动转入开环状态（没有回读自然无法闭环），回读显示区域显示“------”，运行指示灯显示“STOP”，此时输出的电压具有最低噪声
00:18，在上位机设置了一个新的电压 10V*
00:26，在上位机设置了一个新的电压 9V
00:45，在上位机设置了一个新的电压 8V，然后打开回读，并设置系统为闭环状态
00:59，闭环调整成功，再设置为开环，之前调整到的电压保持不变
01:15，在上位机设置了一个新的电压 9V，与 00:26 一致，但回读仍开启，可以从屏幕读出实际上的输出电压值以及其和设定值之间的误差
01:22，设置系统闭环，开始调整输出电压值
01:31，闭环调整成功并保持
*开环状态下设定的电压不被纠正，其准确度取决于 DAC 基准电压和 DAC 输出缓冲的增益，这两个值可以在校准程序中调整，但其非线性和电路失调不做校正。表格 B 记录了此状态下输出电压的误差
**目前尚未设计失调的调整电路
上位机程序，由于键盘尚未涉及，故目前只能通过上位机程序设定电压或调整系统状态
设计历程：
https://bbs.38hot.net/read.php?tid=23835
https://bbs.38hot.net/read.php?tid=29282
设计目标：
1、10V 量程下，6位半的电压设定和回读分辨率
2、10V 输出幅度时，1ppm rms 的噪声
3、5ppm/度的温度系数
4、10-25ppm 的年稳
5、曲线拟合纠正后 10ppm 的非线性误差
测试达到的目标
1、达到整 7 位的电压设定和回读分辨率，即 <10V 时，电压设定和回读分辨率达到 1uV
2、实现了 1ppm 峰峰值的噪声
3、样机 A 在 22 - 34 度变温测试中，温度系数优于 0.1ppm/度
4、这个需要时间来检验
5、达到 0.4ppm 的非线性误差
测试数据和图表
1.1 开环状态下的噪声，采样周期 10plc
1.2 闭环状态下的噪声，采样周期 10plc
从此数据看来，具备 6 位半电压设定分辨率的现实可用性
2 线性测试图表，从此数据看来，具备作为 6 位半电压源的实用性*
A：设置值；B：关闭数字闭环时的输出值；C：未进行非线性校准时的闭环输出值；F：非线性校准后的闭环输出值；G：非线性校准后输出值相对设定值的误差
*因为校准值写入已经超过 24 小时，所以此数据可以作为 24 小时准确度的参考，测试条件为环境温度 26 摄氏度；测定仪器 R6581 已在测试前 5 分钟做过自校准
呼呼先，明天继续
由于设计此 PCB 的 TR 的失误，这块 PCB 有不少错误，其中一些错误通过割线和飞线做了一些修正，但依然不是比较理想的状态就是了。
背面飞线，主要解决地线乱走的问题
正面飞线，主要是器件连接错误问题，此外，由于单片机部分电源走线过细而不得不单独飞电源线
装壳，由于 TR 的失误，电源板也比较
线性测试，设定值为 1V：
线性测试，设定值为 2V：
线性测试，设定值为 3V：
线性测试，设定值为 4V：
线性测试，设定值为 5V：
线性测试，设定值为 6V：
线性测试，设定值为 7V：
线性测试，设定值为 8V：
线性测试，设定值为 9V：
线性测试，设定值为 10V：
好东西，有玩的了 优秀文章，支持！n神马都是浮云 好东西，相当不错！！ 优秀文章，支持！ 照片拍的好！！ 多上图 优秀文章，支持！n神马都是浮云 关注啊 强烈支持。。。。 好东西，优秀文章 线性的话还是要靠着 DNL和INL来评估吧？
单看是否输出是一条斜线，似乎无法说明绝对的线性。
逐点扫描几遍用excel加加减减一下~
当时我单单做12bit DAC时候扫一轮就用了6个多小时（34401）。。。
支持DIY~ 优秀文章，支持！n神马都是浮云 期待楼主出套件。 优秀文章，支持！n神马都是浮云 支持，生命不息，折腾不止。 挺好！但其第5项指标的结果是0.02ppm的非线性，尚严重缺乏依据。
回 poseidonstorm 的帖子
poseidonstorm:线性的话还是要靠着 DNL和INL来评估吧？单看是否输出是一条斜线，似乎无法说明绝对的线性。
....... (2012-09-2311:06) images/back.gif
逐点测试这个确实是比较花时间的，而且其实有一个问题就是 INL 定义为整条直线上输（入）出值和真实值之间的最大误差，所以确实应该逐点，但对于这个其实有 2^24 点的设计来说，逐点扫描确实不太现实，并且其实，1/2^24 的线性度测试好像对表来说也是过高的要求？
不过就“整条直线上输（入）出值和真实值之间的最大误差”来看，INL 应该是 4uVerr / 10V range = 0.4ppm
回 a-fly 的帖子
a-fly:挺好！但其第5项指标的结果是0.02ppm的非线性，尚严重缺乏依据。 (2012-09-2312:27) images/back.gif嗯，这个是的，还待进一步测试 很好很强大 等pcb啊 越来越好了，预定套件啊！
回 lilith 的帖子
lilith:逐点测试这个确实是比较花时间的，而且其实有一个问题就是 INL 定义为整条直线上输（入）出值和真实值之间的最大误差，所以确实应该逐点，但对于这个其实有 2^24 点的设计来说，逐点扫描确实不太现实，并且其实，1/2^24 的线性度测试好像对表来说也是过高的要求？....... (2012-09-2312:35) images/back.gif
这倒是╮(╯_╰)╭ 我当时是做了上位机脚本跑的，然后我开开心心的打了好多天的酱油~反正让他跑着呗~哈哈~
照道理来说24bit DA 用26bit AD 或者表（假定是精度）来评估实际是不科学的，必须有更高位数的才可以去做他，而且SNR=6.02*26+1.76 这样的信噪比环境实在太过困难，到时候我把我写的混合信号测量测试方法给你看看，有机会的话讨论下 优秀文章，支持 超强大啊！已经接近实用了。其实线性度可简单分段修正，觉得六位半的分辨力相对难一些。 非常不错的作品 哈，非常漂亮！
对于24小时稳定度，我觉得应采用第二个24小时的值，这样比较接近真实的稳定性趋势。第一个24小时的稳定度数据其实包含了开机老化的变化。
longshort:
哈，非常漂亮！
对于24小时稳定度，我觉得应采用第二个24小时的值，这样比较接近真实的稳定性趋势。第一个24小时的稳定度数据其实包含了开机老化的变化。
images/back.gif
所以我前天晚上没有关机，持续通电，昨天中午和晚上各读数一次，表现还是很好唷
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