基于AD5724的数模转换电路设计.docx

基于AD5724的数模转换电路设计张儒【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；FPGA0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器。工作时钟速率最高达30MHz。SYNC低电平输入有效。这是串行接口的帧同步信号。当SYNC处于低电平时，数据在SCLK下降沿传输。数据在SYNC的上升沿锁存。SDIN为串行数据输入，数据必须在SCLK的下降沿有效。L