基于AD5724的数模转换电路设计.docx

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基于AD5724的数模转换电路设计

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张儒

【摘要】数模转换电路在仪器信号模拟中起重要的作用,本文介绍了DAC芯片AD5724的工作原理以及工作方式设置,并在此基础上阐述了基于AD5724和FPGA的测井仪器信号模拟的实现方法,同时给出了硬件电路的电路图。通过多次试验,表明该电路工作稳定可靠,取得了良好效果。

【关键词】AD5724;数模转换;FPGA

【Abstract】DACcircuitplaysanimportantroleinthesignalsimulation,thispaperintroducesthesettingofworkingprincipleoftheDACchipAD5724andthewayofwork,andonthebasisoftheimplementationmethodofloggingsignalAD5724andFPGAbasedonthesimulation,andgivesthecircuitdiagramofthehardwarecircuit.Throughmanytests,itisprovedthatthecircuitisstableandreliable,andhasachievedgoodresults.

【Keywords】AD5724;DAC;FPGA

0引言

测井系统信号模拟装置,用来产生各类的测井仪器信号。国内的测井仪器快速发展,在初始研发的过程中,没有考虑到测井仪器自检问题。在测井时,由于各种因素的影响,仪器可能发生损坏。在地面系统和仪器无法建立通讯时,所以无法预知地面系统是否正常工作。出现问题后,严重影响测井作业。鉴于此,测井系统信号模拟装置的研究具有现实意义。通过模拟井下仪器,与地面系统建立通讯。测试地面系统时,只需和模拟装置相连接,而不必再连接仪器串,可以方便地面系统的维修和调试。

仪器信号主要分为模拟类仪器和数字类仪器,本文主要介绍模拟类仪器信号。本文采用FPGA和DAC配合的方式,产生模拟类仪器信号AC-CCL、MMD、TENSION、SP。对于DAC的选择,主要考虑以下几方面的因素:转换精度,转换时间,器件价格,功耗等。由于设计的系统对于精度,速度的要求比较高,所以在设计中D/A芯片采用美国Analog公司的AD5724。AD5724为四通道、12位、串行输入、单极性/双极性、电压输出型DAC。

1AD5724介绍

AD5724是四通道、12位、串行输入、电压输出数模转换器,采用+4.5V至+16.5V单电源或±4.5V至±16.5V双电源供电。标称满量程输出范围可通过软件选择,选项有+5V、+10V、+10.8V、±5V、±10V和±10.8V。同时还内置输出放大器、基准电压缓冲器以及专有上电/省电控制电路。这些器件可保证单调性,最大积分非线性(INL)误差为±16LSB,噪声很低,最大建立时间为10μs。AD5724采用串行接口,能够以最高30MHz的时钟速率工作,并且与微控制器接口标准兼容。利用双缓冲,所有DAC可实现同时更新。对于单极性输出,输入编码方式为标准二进制。利用异步清零功能,可将所有DAC寄存器清零至用户可选的零电平或中量程输出。器件均采用24引脚TSSOP封装,额定温度范围为-40°C至+85°C工业温度范围。

AD5724内置一个上电复位电路,确保DAC寄存器上电成功。上电时,输出通过一个低阻抗电路被拉低到0V。DAC架构由一个电阻串DAC和一个输出放大器构成。基准电压输入先缓冲起来,然后再施加于DAC。电阻串是一串电阻,各电阻的值为R。载入DAC寄存器的编码决定抽取电阻串上哪一个节点的电压,以馈入输出放大器。抽取电压的方法是将连接电阻串与放大器的开关之一闭合。由于是一串电阻,因此可以保证单调性。

2AD5724外围电路

AD5724的参考电压为2.5V由电压芯片AD780产生。AD780是一种超高精度带隙基准电压源,利用5.0V输入提供2.5V输出。它具有低初始误差、低温度漂移和低输出噪声特性,并能驱动任意大小的电容,因此AD780非常适合用于增强高分辨率DAC的性能。AD5724的输出为±5V。图1是AD5724的外围电路。

AD5724输出四路信号AC-CCL、MMD、TENSION、SP。输出信号经过跟随器驱动输出,中间加入滤波和分压电阻方便调试使用,见图2。

图1AD5724外围电路

图2跟随器、滤波电路

3AD5724逻辑时序控制

AD5724接口时序如图3所示。SCLK是串行时钟输入。数据SDIN在SCLK的下降沿逐个输入移位寄存

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