用于Ultra96的夾層板96AnalogXperience

描述

96AnalogXperience 是 Avnet Ultra96 的夾層板。該板為我們帶來了從 -2.5 到 2.5 伏的 4 個(gè)雙極模擬輸出、16 位分辨率和每通道高達(dá) 8mA 的最大輸出電流。DAC 控制信號(hào)連接到 PL 以實(shí)現(xiàn)高速。即便如此，如果您想通過裸機(jī)設(shè)計(jì)或什至 PYNQ 中的 PS 管理 DAC，則可以使用您可以在存儲(chǔ)庫中找到的 IP。

電源。

Ultra96 板為我們提供 2 個(gè)電源，5 伏特，整個(gè)套件的最大電流為 6 安培，整個(gè)套件為 1v8 和 1 安培。96AnalogXperience 有一個(gè)板載 3v3、0、5 安培穩(wěn)壓器，用于 DAC 和 2.5 伏電壓參考。

3v3調(diào)節(jié)器

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另外，為了允許負(fù)電壓輸出，板上有一個(gè)電荷泵集成電路，TI的LM2662。為這個(gè) IC 增加 2 個(gè)值為 47uF 的電容器，為我們帶來一個(gè)與輸入電平相同的反相輸出。

負(fù)電源

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將信號(hào)從 ZynqUS+ 轉(zhuǎn)換為 DAC80004。

請(qǐng)務(wù)必注意，盡管 ZynqUS+ 能夠在某些組中管理高達(dá) 3v3 的電壓，但輸出電壓取決于該組的電源。在Ultra96板子上，所有擴(kuò)展接口上的bank accessibles都是1v8供電的，所以我們能得到的最大輸出是1v8。很難找到允許如此低數(shù)字輸入的相對(duì)低成本 DAC，因此我們需要將 ZynqUS+ 的輸出信號(hào)從 1v8 轉(zhuǎn)換為 3v3。

為此，96AnalogXpertience 配備了一個(gè) ADG3304。這是一個(gè)雙向邏輯電平轉(zhuǎn)換器，允許從 1.15 伏到 5.5 伏的輸入/輸出。就此板而言，我們不需要雙向性，但 IC 具有有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格，并允許高達(dá) 50Mbps 的數(shù)據(jù)速率，因此它是此設(shè)計(jì)的不錯(cuò)選擇。

電壓電平轉(zhuǎn)換器

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數(shù)字世界和模擬世界之間的邊緣。

96AnalogXperience 最重要的元素是 DAC。在這個(gè)板上，我選擇了 DAC80004。該 DAC 有 4 個(gè)輸出通道，分辨率為 16 位，SPI 接口的最大時(shí)鐘頻率為 3.3 伏時(shí)為 25MHz，5 伏時(shí)為 50Mhz。

DAC 允許我們使用的最大模擬數(shù)據(jù)速率可以通過加上通信時(shí)間和建立時(shí)間來計(jì)算。DAC8000x 的設(shè)置時(shí)間可在數(shù)據(jù)表第 6 頁找到，最長(zhǎng)可達(dá) 8us（25% 至 75%）。可以根據(jù)數(shù)據(jù)表中的下圖計(jì)算通信延遲。

SPI通訊時(shí)序

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我們必須計(jì)算下一個(gè)總和。

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

因此，在最壞的情況下，DAC 能夠每 9.365us 輸出一個(gè)數(shù)據(jù)，即 106kHz 的輸出速率。這個(gè)速率使我們能夠獲得頻率高達(dá) 53kHz 的信號(hào)。

DAC 還允許我們?cè)O(shè)置初始電壓。在我們的例子中，輸出是雙極的，所以范圍是 2.5:-2.5，用數(shù)字來說，0:2^16，零輸出居中在范圍的中間，在 2^15，和該范圍可通過引腳 POR 設(shè)置為初始電壓。

解碼器

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此 DAC 的一個(gè)好處是德州儀器具有相同的封裝、相同的 SPI 協(xié)議、12 位 (DAC60004) 和 14 位 (DAC70004) 選項(xiàng)。

現(xiàn)實(shí)世界的信號(hào)調(diào)理。

一旦我們有了 DAC 輸出，這個(gè)信號(hào)的值就從 0 到 2.5 伏，我們想把它轉(zhuǎn)換成 -2.5 到 2.5，所以最簡(jiǎn)單的方法就是為這種應(yīng)用推薦的電路。

信號(hào)調(diào)理

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我選擇的放大器是 LM324。更便宜，更容易找到，并且頻率響應(yīng)對(duì)于這個(gè)原型來說已經(jīng)足夠了。

與 Ultra96 的接口

與 Ultra96 的接口是通過低速擴(kuò)展連接器實(shí)現(xiàn)的。

Ultra96接口

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重要的是要注意 96AnalogXperience 板將保留在開機(jī)按鈕上方，因此有必要在引腳 4 和 GND 之間并聯(lián)連接一個(gè)新的開機(jī)按鈕。

測(cè)試能力。

我們將驗(yàn)證穩(wěn)定時(shí)間。在這種情況下，我們必須在沒有任何外部負(fù)載的情況下測(cè)試該參數(shù)。第一個(gè)捕獲，向我們展示了從 25% 到 75% 的建立時(shí)間如何小于 8us。

穩(wěn)定時(shí)間從 25% 到 75%

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第二次捕獲顯示了從 0% 到 100% 的穩(wěn)定時(shí)間。請(qǐng)注意，在這種情況下，當(dāng) DAC 的輸出達(dá)到 100% 時(shí)，它的形狀很奇怪。

從 0 到 100% 的穩(wěn)定時(shí)間

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有了這個(gè)值，我們可以估計(jì)我們可以用這個(gè)板合成的最大頻率。這個(gè)最大頻率將取決于信號(hào)的范圍。對(duì)于介于 25% 和 75% 之間的信號(hào)，可能會(huì)完成 53kHz 的第一個(gè)估計(jì)，但我們必須記住，只有在沒有負(fù)載或電容非常低的情況下，這個(gè)速率才是正確的。

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