高压开关、双极性ADC以及其它具有多个电源的器件通常要求以特定序列施加或移除电源电压。本文提出一种简单且经济高效的方法，用于确定系统在受电源瞬变、中断或序列变化影响下的行为。AD7656-1（表1）就是一个使用多个电源的器件例子，该器件是一款16位、250kSPS、6通道、同步采样、双极性输入ADC。ADuC7026精密模拟微控制器的四个12位DAC提供DUT的可编程电源电压。利用AD7656-1评估板和ADuC7026评估板，可借助最少的硬件和软件开发工作来完成原型制作。
表1.AD7656-1典型电源电压和最大电源电流
表1所示为该ADC每个电源的典型电压和最大电流。ADuC7026上四个DAC产生的可编程序列可控电压波形由AD7656-1评估板上的超低噪声和失真AD797运算放大器来进行调整，以提供额定电源电压和电流。微控制器的速度和可编程性有助于控制电源电压的电压水平、周期、脉冲宽度和斜坡时间。
例如，使用外部电源时，AD7656-1评估板（增益配置为5）上的AD797放大器可以产生0V至12.5V范围内的电压，以驱动ADC的sVDD供电轨。AD797的高输出驱动能力允许向各供电轨提供高达50mA的电流。图1给出了该ADC的连接图。
图1.AD7656-1连接图
ADuC7026的DAC数据寄存器可以采用41.78MHz内核时钟来以7MHz的速率进行更新，从而使电压更新速率达到最大。下文介绍开发过程并提供利用评估板获得的测量结果。
硬件开发和设置
硬件连接和测试设置如图2所示。ADuC7026评估板上的四个DAC输出引脚和AGND分别连接到AD7656-1评估板上的四个AD797输入端和AGND。AgilentE3631A外部电源模块为AD797提供±15V电源。通过USB连接到ADuC7026评估板的电脑则提供5V电源和串行通信。
图2.硬件连接和测试基准
原理图设计
AD7656-1评估板上唯一需要进行的硬件更改与AD797有关。可以针对不同的增益和带宽要求来选择R1和R2。图3显示的是AD797配置为采用大小为4的增益，来从ADuC7026DAC的0V至2.5V提供0V至10V输出。R3和C1构成一个低通滤波器，以降低高频噪声。CL用作供电轨上的负载电容。
图3.增益为4的AD797原理图设计
图4显示的是从NIMultisim™仿真工具得到增益为4时AD797的频率响应。1.0MHz带宽和73°相位裕量可提供快速瞬态响应和稳定操作。
图4.增益为4时AD797的频率响应
AD797设计笔记
AD797是一款超低失真、超低噪声运算放大器，采用±15V电源供电时具有80µV最大失调电压、出色的直流精度、800ns的16位建立时间、50mA输出电流以及±13V输出摆幅等特性，非常适合驱动供电轨。
该器件的容性负载相当大，但未针对这点进行内部补偿，因此必须采用外部补偿技术来优化该应用。图5显示的是驱动容性负载而导致AD797输出上出现的振荡。
图5.未进行补偿时的振荡情况
应用DAC
ADuC7026精密模拟微控制器配有四个12位电压输出DAC，这些DAC具有轨到轨输出缓冲器、三种可选范围和10µs建立时间等特性。
每个DAC有三种可选范围：0V至VREF（内部带隙2.5V基准电压源）、0V至DACREF(0V至AVDD),和0VtoAVDD。范围由控制寄存器DACxCON进行设置。DAC可以采用0VtoAVDD范围的外部基准电压源。采用内部基准电压源时，VREF引脚与AGND之间必须接上一个0.47µF电容，以确保稳定性。
四个DAC每个都可通过控制寄存器DACxCON和数据寄存器DACxDAT独立配置。通过DACxCON寄存器配置DAC后，可向DACxDAT中写入数据来获取所需的输出电压电平。
四个DAC输出可以轻松采用C语言或汇编语言进行控制。下列C语言代码示例显示如何选取内部2.5V基准电压源并将DAC0输出设置为2.5V。
//
REFCON=0x01;
//enableDAC0operation
DAC0CON=0x12;
//updateDAC0DATregisterwithdata0xFFF
DAC0DAT=0x0FFF0000;
采用汇编语言时：
DAC0CON[5]isclearedtoupdateDAC0usingcoreclock(41.78MHz)forfastupdaterate;
DAC0CON[1:0]issetto''''10''''touse0VtoVREF(2.5V)outputrange
''''DAC0DAT=0x0FFF0000''''canbecompiledtoassemblycodewithtwoinstructions:
MOVR0,0x0604]
这两条指令总共需要六个时钟周期来执行，当内核时钟频率为41.78MHz时对应的更新速率为7MHz。因此，供电轨之间的时间延迟可以精确到144ns。
测量结果
ADuC7026中的四个DAC为AD7656-1提供四个电源，以测试其在电源瞬态或序列变化下的行为。表2给出了ADC的电源和电压电平。
表2.AD7656-1的电源
四个DAC输出（如表2中所述）的波形是采用示波器获得的，具体如图6所示。各通道的电压电平、周期、脉冲宽度和斜坡时间均可通过编程设置，控制非常方便。下文将测量并介绍具体参数。
图6.四通道电压波形
要使各个电源实现精确的电压电平，可使用可调电阻作为图3中的R1。电压电平通过利用Agilent34401A数字万用表调整R1来校准。
要确定电压波形的最大频率，应测量上升和下降斜坡时间。斜坡时间与电阻R4和容性负载CL的值有关。针对较慢的斜坡时间，可以为R4和CL选用较大的电阻和电容值。此处测试了不同负载电容条件下AVCC和DVCC的上升和下降斜坡时间，具体结果如表3所示。采用1µF电容时的上升波形如图7所示。斜坡时间在10V的10%和90%之间测得。
表3.容性负载条件下的斜坡时间
图7.1µF容性负载条件下的上升时间
电源纹波
表4.各电源的纹波
图8.AVCC和DVCC上5V电源的纹波
生成波形
对ADuC7026源代码进行简单修改后，便可以针对要求评估不同电源条件下器件工作状况的不同应用生成多种不同序列的电压波形。生成的典型波形如图9和图10所示。
图9.22.32kHz方波波形
图10.13.16kHz脉冲波形
图11所示的LabVIEW®GUI可用于生成电源波形。可以轻松配置四个通道的电压电平、斜坡时间、周期和序列延迟时间。GUI和ADuC7026之间利用串行端口进行通信。
图11.电源配置GUI
结论
此处利用AD7656-1和ADuC7026评估板开发并验证了一种简单而经济高效的方式来评估电源时序控制影响。ADuC7026评估板为四个电源产生可控可编程时序，以评估不同电源时序/斜坡条件下ADC的工作情况。微控制器中的三相16位PWM发生器可以提供总共七个电压通道。
采用标准±15V直流电源模块时，此便携式电源评估系统允许设计人员评估ADC，尤其是那些具有较多电源的ADC。
