6 驱动参考实验

大家好，欢迎观看TI 高精度实验室 动手实验，本视频将介绍用于驱动 ADC 基准输入的不同技术。 在该实验中，我们比较两个 不同的基准对 ADC 性能的 影响。 一个基准具有集成宽带宽缓冲器。 另一个基准具有较低带宽输出。 我们将查看系统在采用两个 不同基准时的交流和直流性能。 在实验室讲座中，我们介绍了基准 缓冲器的带宽如何 影响 ADC 性能。 在该实验中，我们将查看 交流和直流输入信号的性能差异。 我们还将查看采样率如何影响 基准趋稳性能。 所有测量都将在高精度实验室 SAR-EVM-PDK 上完成。 让我们开始吧。 对于该实验，我们将在使用两个不同 基准的情况下测量ADS8860 的交流和直流性能。 这两个基准都是低噪声精密基准。 但 REF5050 具有低带宽输出。 REF6050 具有高带宽输出。 请注意，带宽指基准响应 瞬态的能力。 ADC 的基准输入具有快速流动的 大电流要求。 在该实验中，我们将看到使用宽带宽 基准的系统具有更佳的 交流和直流性能，因为基准 可以满足 ADC快速瞬态 电流要求。 对于交流性能，我们的目标是使 ADS8860 满足产品 说明书 SNR 和 THD 要求。 对于直流性能，我们在启动后 查看了基准的趋稳。 理想情况下，基准会在第一次转换 期间完全稳定。 ADC 不具有瞬态启动误差。 请注意，通道 1连接至低带宽 REF5050。 通道 2 连接至宽带宽 REF6050。 现在我们来看看我们将进行的 实验摘要。 该表总结了我们将在 整个练习中进行的实验。 您的测量值将位于“Measured Results”部分之下。 它们应与右侧显示的示例 测量值相当。 实验 1 至 3通过 REF5050 进行。 实验 4 至 6通过 REF6050 进行。 这些实验将在三种不同的采样率下进行。 您将看到，在使用 REF5050 时， 如果 ADC 采用较高的采样率，那么性能会 受到限制。 为了测试交流性能，我们查看 SNR 和 THD。 为了测试直流性能，我们将查看 基准趋稳。 打印一份该表的副本， 在我们进行实验的过程中随时填写。 让我们开始吧。 对于该实验，我们将首先 使用高精度实验室硬件上的通道 1。 首先，如此处所示设置跳线。 使用 SMA 电缆将PSI 连接到 Plabs 板。 然后将 PHI 连接到Plabs 通道 1 连接器。 最后，将 USB 电缆连接到计算机。 在该整个实验期间，我们将测试不同的放大器。 务必小心地将该放大器正面朝上 安装，并使标签位于样卡的底部。 您可以暂停并连接您的硬件。 现在，让我们通过从“开始”、“所有程序”菜单中 选择“Precision LabsSAR-EVM”图标来启动软件。 软件运行之后，您应该注意到 软件底部的绿色“Hardware Connected”消息。 此外，如果 PSI控件呈青色， 则说明硬件通信正在正常运行。 您可以暂停并启动 EVM 软件。 现在，让我们来测量使用低带宽 REF5050 的系统的交流性能。 首先在“Pages”菜单中选择频谱分析。 接下来，确保采样率为 1Msps。 然后选择“MarkHarmonics”选项。 这将在我们捕获波形后 放大失真分量。 现在，在 PSI控件中输入 振幅、偏移和频率。 在本例中，振幅接近满量程，为 4.9 伏。 偏移是满量程的一半，为 2.5 伏。 频率是 2千赫兹。 按“Power”按钮启用 PSI 输出。 请注意，它在输出启用时为青色， 在输出关闭时为红色。 接下来，按“Capture”并记录交流性能。 当在 1Msps 采样率下使用 REF5050 时，您 可以看到，与产品说明书规格相比， THD 性能下降了很多。 在本示例中，THD 为负 91.4dB， 而产品说明书 规格为负 108dB。 此外，您还可以在 FFT 中看到 谐波很大。 您可以暂停并测量交流性能。 在这里，你将在500ksps 的采样率下 执行相同的测量。 首先更改采样率。 然后按“Capture”并记录交流性能。 不需要更改其他设置。 通过降低采样率，极大地提高了 交流性能。 THD 从负 91.4dB提高至负 97.1dB。 请注意，这仍然与负 108dB 的产品说明书规格不相同。 您可以暂停并测量交流性能。 在这里，你将在100ksps 的采样率下 执行相同的测量。 首先更改采样率。 然后按“Capture”并记录交流性能。 此处的交流性能现在与 负 108dB 的产品说明书规格相同。 进一步降低采样率对性能的 影响很小，甚至没有影响。 您可以暂停并测量交流性能。 在前一张幻灯片中，您注意到，当采样率 降低时，数据转换器交流 性能得到提高。 这是因为当采样率降低时， 基准有时间完全稳定。 查看这些图，您可以在 顶部的图中看到 ADC基准输入消耗的电流。 对于每个位确定，都存在一个大型的 快速 50mA 电流瞬态。 每组电流瞬态都表示一个转换 周期。 在该示例中，我们看到三个转换周期。 底部的图显示了基准电压输出。 您可以看到每个 电流瞬态的对应电压瞬态。 在每个电流瞬态之间， 基准需要对去耦电容器进行充电， 并稳定在二分之一 LSB 以内。 如果增加转换时间，则会增加每个位确定 之间的时间以及每个转换周期之间的时间。 这可以提供更多的时间来为电容器 充电，并且会极大地改善基准趋稳。 良好的基准趋稳可以提高数据转换器的 交流和直流性能。 接下来，我们将查看基准的 带宽如何影响直流性能。 为此，我们将在转换和执行空闲等待时间 之间进行交替。 对于具有恒定直流输入的数据转换器， 基准电压会在转换启动时 经历瞬态行为，并在多次转换 之后最终稳定至一个稳态值。 如果转换暂停一个空闲周期， 那么基准将恢复至其初始状态。 然后，在转换恢复之后， 初始瞬态行为将重复发生。 因此，如果您的系统已进入睡眠状态， 那么当它唤醒并开始转换后， 基准上将产生瞬态， 从而向初始样本中引入误差。 我们将看到，当使用REF6050 等宽带宽基准时， 该瞬态的幅度和长度会得到 最大程度的降低。 从实践角度而言，该基准趋稳是使用 睡眠模式以节能的系统中的一个问题。 这是因为系统测量的结果将 在执行初始瞬态时产生误差。 在从电压电平差异很大的通道 之间进行转换时，多路 复用系统中也会发生类似的行为。 在这种情况下，两个不同通道的 不同转换结果将导致 ADC 基准 负载电流要求产生显著的变化。 该施加到基准的负载变化将导致 与睡眠模式情况相似的基准电压 瞬态。 在该图中，您可以看到基准电压和 转换结果。请注意，转换结果将是基准电压的 反相，因为转换结果是通过 将基准电压除以 2 的 n 次方计算得出的。 我们将通过查看转换结果来测量 基准趋稳。 对于该实验，我们将对硬件进行一些 小的改动。 首先，从 PSI 上断开 SMA 电缆。 接下来，将跳线更改为直流输入。 此外，确保将电压跳线设置为 4.9 伏。 对于该实验，交流信号是断开的。 然后我们连接板载4.9 伏直流电源。 您可以暂停并更改硬件。 现在，我们可以在 1Msps 的采样率下测量 REF5050 的 基准趋稳。 首先，将采样率设置为 1Msps。 接下来，将平均值数量设置为 20。 这样将执行 20 次测量并求其平均值，以最大 程度地降低噪声。 第三步，将最小截点延迟设置为 100 毫秒。 这是每个包含 10,000个样本的样本组 之间的空闲时间。 第四步，按“Start Test”。 这要花一点儿时间，因为我们要对 20 个读数求平均值。 该操作完成之后，您将在 LSB 中看到基准压降。 这是基准上瞬态误差的 幅度。 在本例中，该误差为 10.9 LSB。 您可以看到，这种情况大多数发生在前 500 个 样本中。 暂停并测量您的基准趋稳。 您可以右键单击并拖动，以放大瞬态。 现在，您可以更清楚地看到， 这是一个常规的二阶类型过冲和振铃。 从该图中可以清楚地看到， 您一直到 300 个样本之后才能获得最佳精度。 您可以暂停并放大该趋稳。 现在，我们来看看采样率设置为 500ksps 时的基准趋稳。 首先，将采样率设置为 500ksps。 接下来，按“Start Test”。 在该测试完成之后，您将看到 基准压降要远好于 500ksps 时的情况。 压降从 10.9LSB变为 5.35LSB。 理想情况下，我们希望该误差小于 1LSB。 那么，这是一个改进，但是仍然不理想。 您可以暂停并在 500ksps 的采样率下测量您的趋稳。 现在，让我们来查看100ksps 采样率下的趋稳。 首先，将采样率设置为 100ksps。 然后，按“Start Test”。 在该测试完成之后，您将看到 基准压降大约为 1.4LSB。 尽管这并不完美，但它 非常接近于小于 1LSB 的目标。 因此，我们在这里可以看到，通过降低采样率， 直流性能也得到提高。 该基准趋稳在使用多路 复用器时尤为重要， 因为每次提供输入时，基准都必须再次趋稳。 我们将针对 REF6050执行一组相同的测试。 您将看到，该基准的压降 在整个采样率范围之内都表现良好。 您可以暂停并在 100ksps 的采样率下测量趋稳。 现在，我们将切换到另一个通道。 为此，我们需要通过 断开 USB 电缆来断开 PSI 和 PHI 板的电源。 此外，还关闭软件。 您可以通过单击角落中的“X”来完成该操作。 现在，我们将切换到高精度实验室硬件上的通道 2。 首先，如此处所示设置跳线。 请注意，我们要通过跳线设置 改回到交流输入。 使用 SMA 电缆将PSI 连接到 Plabs 板。 然后将 PHI 板连接到Plabs 通道 2 连接器。 最后，将 USB 电缆连接到计算机。 在该整个实验期间，我们将测试不同的放大器。 务必小心地将该放大器正面朝上 安装，并使标签位于样卡的底部。 您现在可以暂停以连接您的硬件。 现在，我们可以通过从“开始”、“所有程序”菜单中 选择“Plabs-SAR-EVM”图标来重新启动软件。 软件运行之后，您应该注意到 软件底部的绿色“Hardware Connected”消息。 此外，如果 PSI控件呈青色， 则说明硬件通信正在正常运行。 您可以暂停并启动 EVM 软件。 现在我们将针对REF6050 重复 SNR 和 THD 测量。 请记住，REF6050 具有宽带宽集成缓冲器。 因此我们预计使用该器件的系统在高达 1Msps 的最大采样率下具有出色的性能。 要执行该测试，请首先在“Pages”下选择 “Spectral Analysis”。 接下来，选择采样率。 对于该测试，我们将使用 1Msps、500ksps 和 100ksps 的采样率。 让我们首先使用 1Msps。 接下来，选中“MarkHarmonics”复选框。 这将放大FFT 中的失真 分量。 然后，配置 PSI。 将振幅设置为 4.9 伏，将偏置设置为 2.5 伏， 并将频率设置为 2 千赫兹。 最后，按“Capture”并记录交流性能。 您现在可以暂停并在全部三种采样率下 测量 SNR 和 THD。 右侧的表将不同采样率下的 SNR 和 THD 规格与测量的性能进行了比较。 不出所料，对于测试的 所有不同采样率，测量的 性能与指定的性能非常接近。 这是因为 REF6050 中的宽带宽基准能够 快速稳定，从而能够实现低失真 信号捕获。 接下来，我们将查看采用REF6050 时的直流性能。 对于该实验，我们将对硬件进行一些 小的改动。 首先，从 PSI 上断开 SMA 电缆。 接下来，将跳线更改为直流输入。 此外，确保将电压跳线设置为 4.9 伏。 对于该实验，交流信号是断开的。 然后我们连接板载4.9 伏直流电源。 您现在可以暂停并更改您的硬件。 在这里，我们将通过施加直流 4.9 伏输入并测量转换来检查 REF6050 的 基准趋稳。 当我们使用 REF5050 执行相同的实验时，较高 采样率下的性能降低了。 对于该实验，首先在“Pages”下选择 “Reference Settling”。 接下来，选择采样率。 在这里，我们将在 1Msps、500ksps 和 100ksps 的采样率下 运行该实验。 让我们首先使用 1Msps。 接下来，输入我们将对其求平均值的数据集的数量。 像以前一样，这将是 20。 然后，将“Interset delay”设置为 100 毫秒。 这是所测量的每组点之间的延迟。 最后，按“Start Test”并测量基准压降。 所示的图显示了 1Msps采样率下的结果。 针对 500ksps 和100ksps 重复该实验。 您现在可以暂停并测量全部三种采样率的 压降。 右侧的表显示了 REF6050 系统的趋稳性能。 理想情况下，压降应小于 1LSB。 不出所料，测试的性能 非常接近于该目标压降误差。 这是因为 REF6050 中的宽带宽基准能够 能够快速响应瞬态电流要求 并使基准电压保持恒定。 现在，让我们对所有测量结果进行比较。 该表总结了该实验中 所有测试的测量结果。 您的测量结果应接近于示例 测量值。 再说一次，请注意REF6050 的交流和直流 性能对于所有采样率 都很出色，而 REF5050 的 性能仅在较低的采样率下表现良好。 动手实验到此结束。 我希望这对您有所帮助。