用于Ultra96的夹层板96AnalogXperience

描述

96AnalogXperience 是 Avnet Ultra96 的夹层板。该板为我们带来了从 -2.5 到 2.5 伏的 4 个双极模拟输出、16 位分辨率和每通道高达 8mA 的最大输出电流。DAC 控制信号连接到 PL 以实现高速。即便如此，如果您想通过裸机设计或什至 PYNQ 中的 PS 管理 DAC，则可以使用您可以在存储库中找到的 IP。

电源。

Ultra96 板为我们提供 2 个电源，5 伏特，整个套件的最大电流为 6 安培，整个套件为 1v8 和 1 安培。96AnalogXperience 有一个板载 3v3、0、5 安培稳压器，用于 DAC 和 2.5 伏电压参考。

3v3调节器

 

另外，为了允许负电压输出，板上有一个电荷泵集成电路，TI的LM2662。为这个 IC 增加 2 个值为 47uF 的电容器，为我们带来一个与输入电平相同的反相输出。

负电源

 

将信号从 ZynqUS+ 转换为 DAC80004。

请务必注意，尽管 ZynqUS+ 能够在某些组中管理高达 3v3 的电压，但输出电压取决于该组的电源。在Ultra96板子上，所有扩展接口上的bank accessibles都是1v8供电的，所以我们能得到的最大输出是1v8。很难找到允许如此低数字输入的相对低成本 DAC，因此我们需要将 ZynqUS+ 的输出信号从 1v8 转换为 3v3。

为此，96AnalogXpertience 配备了一个 ADG3304。这是一个双向逻辑电平转换器，允许从 1.15 伏到 5.5 伏的输入/输出。就此板而言，我们不需要双向性，但 IC 具有有竞争力的价格，并允许高达 50Mbps 的数据速率，因此它是此设计的不错选择。

电压电平转换器

 

数字世界和模拟世界之间的边缘。

96AnalogXperience 最重要的元素是 DAC。在这个板上，我选择了 DAC80004。该 DAC 有 4 个输出通道，分辨率为 16 位，SPI 接口的最大时钟频率为 3.3 伏时为 25MHz，5 伏时为 50Mhz。

DAC 允许我们使用的最大模拟数据速率可以通过加上通信时间和建立时间来计算。DAC8000x 的设置时间可在数据表第 6 页找到，最长可达 8us（25% 至 75%）。可以根据数据表中的下图计算通信延迟。

SPI通讯时序

 

我们必须计算下一个总和。

tw3+tsu+(tc*32)+td4 = 35ns+30ns+(40ns*32)+20=1.365us

因此，在最坏的情况下，DAC 能够每 9.365us 输出一个数据，即 106kHz 的输出速率。这个速率使我们能够获得频率高达 53kHz 的信号。

DAC 还允许我们设置初始电压。在我们的例子中，输出是双极的，所以范围是 2.5:-2.5，用数字来说，0:2^16，零输出居中在范围的中间，在 2^15，和该范围可通过引脚 POR 设置为初始电压。

解码器

 

此 DAC 的一个好处是德州仪器具有相同的封装、相同的 SPI 协议、12 位 (DAC60004) 和 14 位 (DAC70004) 选项。

现实世界的信号调理。

一旦我们有了 DAC 输出，这个信号的值就从 0 到 2.5 伏，我们想把它转换成 -2.5 到 2.5，所以最简单的方法就是为这种应用推荐的电路。

信号调理

 

我选择的放大器是 LM324。更便宜，更容易找到，并且频率响应对于这个原型来说已经足够了。

与 Ultra96 的接口

与 Ultra96 的接口是通过低速扩展连接器实现的。

Ultra96接口

 

重要的是要注意 96AnalogXperience 板将保留在开机按钮上方，因此有必要在引脚 4 和 GND 之间并联连接一个新的开机按钮。

测试能力。

我们将验证稳定时间。在这种情况下，我们必须在没有任何外部负载的情况下测试该参数。第一个捕获，向我们展示了从 25% 到 75% 的建立时间如何小于 8us。

稳定时间从 25% 到 75%

 

第二次捕获显示了从 0% 到 100% 的稳定时间。请注意，在这种情况下，当 DAC 的输出达到 100% 时，它的形状很奇怪。

从 0 到 100% 的稳定时间

 

有了这个值，我们可以估计我们可以用这个板合成的最大频率。这个最大频率将取决于信号的范围。对于介于 25% 和 75% 之间的信号，可能会完成 53kHz 的第一个估计，但我们必须记住，只有在没有负载或电容非常低的情况下，这个速率才是正确的。