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可否利用DAC來改變交流信號的幅值？

發(fā)布時間：2020-05-12 來源：卓晴責(zé)任編輯：wenwei

【導(dǎo)讀】使用電位器可以很方便在信號源的驅(qū)動下形成一個幅值可以調(diào)節(jié)的交流信號源。這比起使用通常的可編程直流電源，或者DAC輸出電壓來說，輸出的是幅度可以變的交流信號源，可以用于很多的自動測量環(huán)節(jié)。

01緣起

1.為什么討論電子電位器？

為什么要討論使用一個 DAC^[1]來作為一個電位器呢？這里面主要原因如下：

● 使用電位器可以很方便在信號源的驅(qū)動下形成一個幅值可以調(diào)節(jié)的交流信號源。這比起使用通常的可編程直流電源，或者DAC輸出電壓來說，輸出的是幅度可以變的交流信號源，可以用于很多的自動測量環(huán)節(jié)。

● 為什么不直接使用機(jī)械電位器^[2]來改變信號源的幅值呢？還是一個原因，那就是自動可編程改變信號的幅值。

● 現(xiàn)在有數(shù)字電位器，比如 X9C102,X9C103,X9C104^[3],AD5272等，為什么不使用它們來實(shí)現(xiàn)對交流信號源進(jìn)行幅值改變呢？這里面一個主要原因就是器件的頻帶寬度^[4](https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/104134132 "X9C102,X9C103,X9C104"),AD5272等，為什么不使用它們來實(shí)現(xiàn)對交流信號源進(jìn)行幅值改變呢？這里面一個主要原因就是器件的頻帶寬度[^4068]的問題。相比于機(jī)械電位器，這些電子電位器（變阻器）都具有相對較窄的工作頻帶寬度，對于高頻信號不適合。

2.為什么使用DAC做電位器？

● DAC用作電位器改變交流信號原理;

● 使用DAC來分壓交流信號的優(yōu)點(diǎn)是什么？

● 是否能夠克服前面數(shù)字電位器的頻帶過窄的問題？

寫這些話的時候，我還不知道具體答案，下面就通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證一下吧。

02實(shí)驗(yàn)電路

最近，剛剛購買了幾片16bit的DAC芯片 DAC8830IDR^[5]（價格6.6），具有SPI接口，基于該DAC來驗(yàn)證一下前面的思路的可行性。

1.實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)

由于DAC8830使用SPI接口來設(shè)置輸出電壓，使用STC8G1K（SOP16）作為控制器來完成對它的信號控制。

1）SCH ^[6]

▲ 原理圖設(shè)計(jì)

2）PCB

對于實(shí)驗(yàn)原理圖進(jìn)行LAYOUT，盡可以滿足單面PCB板制作的工藝要求。快速制版之后得到對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路板。

▲ 實(shí)驗(yàn)電路板的PCB設(shè)計(jì)

2.MCU軟件編程[7]

1) DA8830訪問子程序

使用STC8G的SPI端口對DA8830進(jìn)行訪問。根據(jù)DA8830的SPI讀寫時序，相應(yīng)的DAC8830寫入轉(zhuǎn)換（16bit）數(shù)據(jù)的子程序?yàn)椋?/div>

void DAC8830Set(unsigned int nDAC) {

OFF(DAC8830_CS);

SPISendChar((unsigned char)(nDAC >> 8));

SPISendChar((unsigned char)nDAC);

ON(DAC8830_CS);

}

▲ DA8830的SPI讀寫時序

對應(yīng)的DA8830的CS，SPK的波形為：

▲ 示波器觀察到DA8830的CS，CLK的波形

從上面波形可以看出，DAC8830Set()函數(shù)的執(zhí)行時間在STC8G1K17（35MHz）執(zhí)行中的時間大約為

。

在靜態(tài)下，通過兩個

電阻組成的參考電壓分壓電路，生成大約2.5V的參考電壓。實(shí)際測量電壓為：

。

根據(jù)DA8830數(shù)據(jù)手冊，DAC8830的參考電壓輸入阻抗大約為：

。因此，理論計(jì)算所得到的參考電壓為：

這個數(shù)值比起前面實(shí)際測量得到的

要大，這說明對應(yīng)的DA8830的參考電壓管腳的阻抗比起

還要小。

為了便于測量數(shù)據(jù)波形，調(diào)用DA8830Set（）函數(shù)中的輸入?yún)?shù)為

。那么輸出電壓計(jì)算值應(yīng)該為：

實(shí)際測量DA8830的輸出電壓為：

。

2) 輸出電壓波形

▲ 每1ms寫入DAC8830遞增數(shù)據(jù)的CS，DI數(shù)據(jù)波形

寫入遞增的數(shù)據(jù)，輸出波形。

for(;;) {

WaitTime(1);

//----------------------------------------------------------------------

DAC8830Set(nShowCount);

nShowCount += 0x200;

//----------------------------------------------------------------------

}

此時Dout輸出遞增的鋸齒波形。

▲ 輸出遞增的鋸齒波形

03參考電壓與輸出信號

下面經(jīng)過幾組實(shí)驗(yàn)，來驗(yàn)證DAC的參考電壓對于輸出信號的影響。

1.參考電壓的有效范圍

在DAC8830的數(shù)據(jù)手冊中，對于參考電壓的輸入范圍給定的是1.25V ~ Vpp。下面通過一組實(shí)驗(yàn)來測試實(shí)際的有效輸入?yún)⒖茧妷悍秶?/div>

下面通過在某一給定的DAC8830的設(shè)置下，給定Vref，測量對應(yīng)的實(shí)際輸出。將三種不同設(shè)置下的輸出電壓與參考電壓之間的關(guān)系繪制在一起。從圖中可以看到，實(shí)際上，DA8830的參考電壓對于輸出電壓的等比例的影響范圍是在整個的工作電壓（0~5V）之內(nèi)都有效。