引言

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中 ,A/D轉(zhuǎn)換的速度和精度決 定了采集系統(tǒng)的速度和精度 ,通常采用SAR型A/D 轉(zhuǎn)換 。SAR型A/D轉(zhuǎn)換器通常具有中等的精度和中 高分辨率 ,分辨率一般為8到18位 ,采樣速率一般低 于10 MHz 。SAR型A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢如下:第一 , 目 前的SAR型A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部都采用CMOS工藝的電 容矩陣方式 ,這種芯片的功耗比較低 ,體積比較小; 第二 ,SAR型A/D內(nèi)部通常具有采樣保持器 ,它可以 維持采樣電壓直到轉(zhuǎn)換結(jié)束 ,且其轉(zhuǎn)換速率很快;第 三 ,相對于流水線型結(jié)構(gòu)和Δ-Σ型結(jié)構(gòu)來說 ,其采樣 到轉(zhuǎn)換的延時(shí)極小;第四 ,它的外圍器件也較少。

本文采用的是成都銘科思微公司推出的具有16 位測量精度的A/D轉(zhuǎn)換芯片MS16E020 ,其具有8路 輸入通道 ,轉(zhuǎn)換時(shí)間5 μs,還提供了標(biāo)準(zhǔn)的并行接口 和串行接口 ,可以和大部分單片機(jī)直接接口 ,使用十 分方便。

MS16E020芯片 [1]是多量程(± 10 V , ±5 V ,0 ~ 10 V ,0~5 V)、8通道、16位高精度的A/D轉(zhuǎn)換器。它 采用逐次逼近工作方式 ,提供了標(biāo)準(zhǔn)的并行接口和串 行接口 。三態(tài)數(shù)據(jù)I/O口用作16位數(shù)據(jù)總線 ,數(shù)據(jù)總 線的時(shí)序與絕大多數(shù)通用的微處理器兼容 。新型的 A/D轉(zhuǎn)換器芯片MS16E020與一般A/D轉(zhuǎn)換器芯片相 比 ,具有極高的性能價(jià)格比 ,僅需單一電源供電 ,且 外圍電路簡單 ,極大地簡化了電路設(shè)計(jì)。

在實(shí)際應(yīng)用中 ,A/D轉(zhuǎn)換芯片MS16E020的性能

很大程度上取決于其外部基準(zhǔn)源的性能。本文選取了 兩種常用的外部基準(zhǔn)源——REF5025和MAX6325 , 對MS16E020進(jìn)行對比測試 , 分析其在精度 、穩(wěn)定性 和其他性能方面的差異。

1 測試原理與方法

測試電路:采用MS16E020 A/D轉(zhuǎn)換芯片 , 分別 使用REF5025和MAX6325作為外部基準(zhǔn)源 , 將模擬 信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。電路采用STM32作為控制器 , 控制MS16E020芯片完成轉(zhuǎn)換功能 ,并通過USB接口 連接至電腦用于采集數(shù)據(jù) ,激勵信號通過同軸線纜連 接至信號源用于提供測試電壓 , 同時(shí)在后端將MUX 后級信號連接至校準(zhǔn)用萬用表 ,用于獲取真實(shí)的待測 電壓值 。測試電路如圖1所示 ,按此電路結(jié)構(gòu)搭建好 測試環(huán)境 ,將整個(gè)測試板卡置于高低溫箱內(nèi)。

通過對比兩種基準(zhǔn)源下的轉(zhuǎn)換結(jié)果 , 分析其在 性能上的差異。

測試過程如下:

1)按照以上電路結(jié)構(gòu) ,搭建好測試系統(tǒng);

2)開啟溫箱 ,將溫度設(shè)置至-50 ℃ ,在溫度到達(dá) 預(yù)設(shè)值后 ,保持10 min;

3)對ADC執(zhí)行采集操作 ,使用PC控制板卡采集8 個(gè)通道的512個(gè)點(diǎn)求平均值并記錄;

4)以10 ℃為步進(jìn) ,設(shè)置下一個(gè)溫度點(diǎn)開始逐步 升溫 ,溫度到達(dá)預(yù)設(shè)值后 ,等待5 min ,使用PC控制板 卡采集8個(gè)通道的512個(gè)點(diǎn)求平均值并記錄;

5)重復(fù)步驟4)直至完成所有溫度點(diǎn)的測量記錄。 注:從MUX前級輸入的信號 ,經(jīng)過MUX和運(yùn)放

放大后 , 到達(dá)運(yùn)放的實(shí)際值和校準(zhǔn)計(jì)算值差異小于 200 μV。

2 測試結(jié)果與分析

MS16E020+REF5025全溫度測試結(jié)果如表1所 示,測試結(jié)果曲線如圖2所示;MS16E020+MAX6325全 溫度測試結(jié)果如表2所示 ,測試結(jié)果曲線如圖3所示。

測試結(jié)果分析:通過對比測試數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)MAX6325 基準(zhǔn)源下的MS16E020轉(zhuǎn)換精度略高于REF5025基準(zhǔn) 源 ,與手冊一致[2-3]。REF5025和MAX6325部分手冊截 圖如圖4、圖5所示。

3 結(jié)束語

根據(jù)測試結(jié)果 'MAX6325基準(zhǔn)源在精度和穩(wěn)定 性方面略優(yōu)于REF5025基準(zhǔn)源。然而 '在實(shí)際應(yīng)用中 ' 還需綜合考慮性能、成本、可靠性等因素 '根據(jù)具體 情況選擇合適的基準(zhǔn)源。