CN210075199U - 一种dac和adc实验测试板及测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种DAC和ADC实验测试板及测试装置，解决了目前的DAC和ADC实验测试板功能简单，侧重应用集成，没有功能及性能参数的相关测试，不利于学习和对芯片的选用的问题。本实用新型包括ADC待测单元、模拟量输入端和数字量输出端，所述ADC待测单元分别与模拟量输入端、数字量输出端连接，所述模拟量输入端连接模拟量调节输出模块，所述模拟量调节输出模块包括多组电位器，用于分段电压的设置。本实用新型具有测试ADC和DAC性能和参数方便、准确、便于学习芯片等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及测试板技术领域，具体涉及一种DAC和ADC实验测试板及测试装置。
背景技术
目前我们已处于数字信息时代，因此需要把常见的模拟信号转换成便于通讯及处理的数字信号，模拟数字转换器ADC和数字模拟转换器DAC的芯片使用频繁，学习ADC和DAC芯片对于正确使用诸类芯片具有重要意义。在学习和选用ADC和DAC芯片时必须关注以下两方面：
性能参数，包括分辨率、误差、转换速度等。
芯片控制功能及相应工作时序。
目前的DAC和ADC实验测试板功能简单，侧重应用集成，没有功能及性能的相关测试，不利于学习和对芯片的选用。
因此，有必要设计一种测试板和测试装置来方便测试ADC和DAc的各项性能参数以及功能等。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：目前的DAC和ADC实验测试板功能简单，侧重应用集成，没有功能及性能参数的相关测试，不利于学习和对芯片的选用。
本实用新型提供了解决上述技术问题的一种DAC和ADC实验测试板及测试装置。
本实用新型通过下述技术方案实现：
一种DAC和ADC实验测试板，包括ADC待测单元、模拟量输入端和数字量输出端，所述ADC待测单元分别与模拟量输入端、数字量输出端连接，所述模拟量输入端连接模拟量调节输出模块，所述模拟量调节输出模块包括多组电位器，用于分段电压的设置。
本发明优选一种DAC和ADC实验测试板，还包括与所述ADC待测单元连接的ADC时钟信号输入端，A/D启动转换信号输入端，ADC地址码输入端和ADC基准电压输入端，所述ADC地址码输入端与ADC地址码选择开关(K16)连接，所述A/D启动转换信号输入端与ADC启动转换信号方式选择开关(K14)连接，所述ADC基准电压输入端与所述ADC基准电压选择开关(K15)连接，还包括与所述ADC待测单元连接的ADC数字量输出端和ADC完成转换提示信号输出端，所述ADC数字量输出端与所述ADC数字信号输出控制开关(K17)连接。
本发明优选一种DAC和ADC实验测试板，还包括DAC待测单元、数字量输入端和模拟量输出端，所述DAC待测单元分别与所述数字输入端、模拟量输出端连接。
本发明优选一种DAC和ADC实验测试板，还包括与DAC待测单元连接的DAC基准电压输入端、逻辑电平输出端、模拟量输出端、及计数器时钟输入端及DAC满量程输出修正电位器(Rp1)，所述DAC基准电压输入端与DAC基准电压选择开关(K18)连接。
本发明优选一种DAC和ADC实验测试板，所述A/D启动转换信号输入端包括连续脉冲信号启动转换输入端和单脉冲信号启动转换信号生成电路(K13)。
本发明优选一种DAC和ADC实验测试板，所述ADC模拟量调节输出模块包括四组电位器。
本发明优选一种DAC和ADC实验测试板，所述模拟量输入端为2个，其余接地。
本发明优选一种DAC和ADC实验测试板，还包括电源接口，所述电源接口与所述ADC待测单元或DAC待测单元电连接。
一种测试装置，包括测试板，电源，函数信号发生器和示波器，所述电源与所述实验板的电源接口连接，所述函数信号发生器分别与所述模拟量输入端或DAC数字量输入端连接，所述示波器与所述ADC数字量输出端或者模拟量输出端连接。
本实用新型的测试原理为：
当用该测试板作一些简单测试时，可通过内部自带的模拟量调节输出模块进行模拟量输入信号的调节，而当需要做一些较复杂的测试时，可外接函数信号发生器，进行输入信号的参数控制，从而完成相关测试。
对ADC的测试原理：通过选择两个模拟量输入端，其余模拟量输入端均接地，通过对两个模拟量输入端、各种控制开关、脉冲信号类型、参数、时钟信号频率等进行不同的参数组合和调节，从而实现A/D转换功能测试，A/D转换分辨力，误差以及A/D转换的时间关系测试。
DAC测试原理：按照设定的顺序将逻辑电平端口连接到DAC的逻辑电平输入端，调节时钟信号频率和基准电压，从而完成DAC的基本功能测试。
本实用新型具有如下的有益效果：
1.本实用新型通过按照相关芯片的模块设置在实验板上，通过各端口的连接实现芯片相关性能测试和功能的测试需求，如分辨率的测试、误差的测试、转换速度的测试、芯片控制功能及工作时序的测试；
2.本实用新型中，为了进行更高精度的分辨率和误差测试，采用了四个不同的电位器，实现分段电压设置；
3.本实用新型采用分离的转换时间测试结构，可以在一定范围内修改芯片工作时钟，通过测试转换时间及与芯片工作时钟的关系，验证逐次逼近型ADC的转换原理。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
图1为本实用新型测试板的结构示意图。
图2为本实用新型ADC测试单元的电路图。
图3为本实用新型测试装置原理图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-模拟量输入端，2-ADC地址码选择开关(K16)，3-数字信号输出控制开关(K17)，4-连续脉冲信号启动转换输入端，5-A/D启动转换信号输入端，6-单脉冲启动转换信号生成电路K13，7-ADC时钟信号输入端，8-ADC基准电压选择开关(K15)，9-数字量输出端，10-ADC模拟量调节输出模块，11-ADC完成转换提示信号输出端，12-数字量输入端，13-逻辑电平输出端，14-DAC满量程输出修正电位器(Rp1)，15-模拟量输出端，16-DAC基准电压选择开关(K18)，17-计数器时钟输入端，18-电源接口。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
实施例1
如图1所示，一种DAC或ADC实验测试板，包括ADC待测单元、模拟量输入端1和数字量输出端，所述ADC待测单元分别与模拟量输入端1、数字量输出端9连接，所述模拟量输入端1连接ADC模拟量调节输出模块10，所述ADC模拟量调节输出模块10包括多组电位器，用于分段电压的设置。还包括与所述ADC待测单元连接的ADC时钟信号输入端7，A/D启动转换信号输入端5，ADC地址码输入端和ADC基准电压输入端，所述ADC地址码输入端与ADC地址码选择开关(K16)2连接，所述A/D启动转换信号输入端5与ADC启动转换信号方式选择开关(K14)连接，所述ADC基准电压输入端与所述ADC基准电压选择开关(K15)8连接，还包括与所述ADC待测单元连接的数字量输出端9和ADC完成转换提示信号输出端11，所述数字量输出端9与所述数字信号输出控制开关(K17)3连接。
以ADC0809芯片测试为例，所述ADC测试单元的电路图如图2所示，其中所述模拟量输入端1A1(IN0)、A2(IN1)，所述ADC0809的其余模拟量输入端1接地，地址码低位接入。
ADC地址码选择开关(K16)2，地址码高两位C、B接地，开关拨下地址码为“000”，选择输入信号A1(IN0)、开关拨上地址码为“001”，选择输入信号A2(IN1)；
ADC0809 8位数字信号传输控制(OE)，利用数字信号输出控制开关(K17)3来实现控制，OE＝“1”状态，允许数据传输，OE＝“0”状态，禁止数据传输，此时D7-D0输出处于高阻状态(现象是：D7-D0为“00000000”输出，但是它不代表一种输出状态，我们可以通过测试输出端电压值仔细比较)；连续脉冲信号启动转换输入端4：对应芯片引脚功能符号ST；采用启动转换信号方式选择开关(K14)进行控制，开关拨上选择连续脉冲信号，拨下选择单个脉冲信号；单脉冲信号启动转换生成电路(K13)6，采用常规的CC4011，是常用的cmos四输入与非门集成电路，他的内部含有4个与非门，常用在各种数字逻辑电路和单片机系统中，功耗很小。
ST：A/D启动转换信号输入端5，一种方式是连续脉冲信号控制，对输入模拟量自行读取、转换、传输，周而复始，这种方式是由外部脉冲信号或电路系统信号来控制。另一种方式是用单脉冲信号控制，发送一个脉冲信号仅能进行一次读取、转换，这种方式通常是学习、了解A/D转换的工作原理及操作方法。
如果我们将输入模拟量固定不变，ADC0809时钟信号频率固定，设置一个符合当前工作状态的连续脉冲信号(ST信号：正脉宽的宽度，负脉宽的宽度)启动转换，用示波器就能很容易的读出完成一次“转换”的时间。
ADC时钟信号输入端7：该信号频率低转换时间长，反之短。使用参数建议500kHz；
ADC基准电压选择，采用ADC基准电压选择开关(K15)来完成：选择5V时分辨力5V/256(约20mV)，选择2.5V时分辨力2.5V/256(约10mV)。
ADC0809 8位数字量输出，由数字量输出端9输出：串口D7-D0。
4组模拟量调节模块，控制模拟量电压分别为：
模拟量1 0-0.1V，模拟量2 4.9V-5V，
模拟量3 2.4V-2.6V，模拟量4 0-5V。
ADC完成转换提示信号输出端11(EOC)，标识转换完成与否，转换期间输出“0”状态，转换结束输出“1”状态。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，在测试板上还设置DAC待测单元，与DAC测试单元连接的数字量输入端12，逻辑电平输出端13，模拟量输出端15，DAC基准电压输入端及计数器时钟输入端17，所述DAC基准电压输入端与DAC基准电压选择开关(K18)16连接，用于选择基准电压。
本实施例以DAC0832为例，所述DAC数字量输入端12为8位数字量输入：D7-D0；所述逻辑电平输出端13为12位逻辑电平输出，设定DAC0832输入端给定信号。
所述模拟量输出端15包括V01和V02，V02是V01经反相比例放大10倍后输出端，V02＝-10V01。
所述DAC待测单元还连接DAC满量程输出修正电位器(Rp1)14：输入“11111111”状态时，调节DAC满量程输出修正电位器(Rp1)14，使输出模拟量V01＝-VREF；
所述DAC基准电压选择开关(K18)16：选择5V时分辨力5V/256(约20mV)，选择2.5V时分辨力2.5V/256(约10mV)；
所述DAC时钟信号输入端选用CC40192时钟信号输入端：四位动态数字信号生成QDQCQBQA；
所述电源接口18接入电流：直流：±16V-±22V；电线接地端GND为所述测试板参考点。
所述测试板上还设置电源变换单元，所述电源变换单元与电源接口18连接，用以接入电源，为测试供电。
实施例3
如图3所示，一种测试装置，包括实施例2中的测试板，电源，函数信号发生器和示波器，所述电源、函数信号发生器、示波器均与所述测试板电性连接，具体地，所述电源与所述实验板的电源接口18连接，所述函数信号发生器分别与所述模拟量输入端1或DAC数字量输入端12连接，所述示波器与所述数字量输出端9或模拟量输出端15连接。
实施例4
采用如图3所示的测试装置对ADC0809和DAC0832进行相关测试：
一、ADC0809测试
(一)A/D转换功能测试
1.单脉冲信号控制
测试条件及步骤：
1)选择模拟量输入端A1为模拟量信号输入端1，ADC模拟量信号输入端A2接地。
2)ADC地址码选择开关(K16)2拨下，选择“000”；
3)基准电压选择开关(K15)8拨上，基准电压选择5V；
4)ST手动方式启动AD转换(ADC启动转换信号选择开关K14拨下，单脉冲信号启动转换生成电路(K13)6控制单脉冲信号输出)；
5)ADC时钟信号输入端7控制频率500KHZ、幅度5V；
6)按表格要求控制ADC数字输出信号控制开关(K17)3，设置OE状态。
7)记录实验数据如下表1所示。
表1
2.连续脉冲控制
测试条件及步骤：
1)选择模拟量输入端A1为模拟量信号输入端1，ADC模拟量信号输入端A2接地。
2)ADC地址码选择开关(K16)2拨下，选择“000”；
3)ADC基准电压选择开关(K15)8拨上，基准电压选择5V；
4)ST选用连续脉冲(ADC启动转换信号选择开关K14拨上)，信号周期500us，正脉宽为100us，幅度4V；
5)ADC时钟信号输入端7控制频率500KHZ、幅度4V；
6)按表格要求控制ADC数字输出信号控制开关(K17)3，设置OE状态；
7)记录实验数据如下表2所示。
表2
(二)A/D转换器分辨力测试
测试条件及步骤：
1)选择模拟量输入端A1为模拟量信号输入端1，ADC模拟量信号输入端A2接地。
2)ADC地址码选择开关(K16)2拨下，选择“000”；
3)ADC基准电压选择开关(K15)8拨上，基准电压选择5V；
4)ST选用连续脉冲(ADC启动转换信号选择开关K14拨上)，信号周期500us，正脉宽为100us，幅度4V；
5)ADC时钟信号输入端7控制频率500KHZ、幅度4V；
6)ADC数字输出信号控制开关(K17)3上拨，设置OE＝“1”状态；
7)按表格要求设置模拟输入量，读出的8位数字信号应与表格给定的输出状态一致，在8位数字信号保持不变时，微调模拟输入量，测试出输入模拟量的变化范围：
△V＝Vmax-Vmin。
8)记录实验数据，如下表3所示。
表3
第二组测试条件及步骤：
1)选择模拟量输入端A1为模拟量信号输入端1，ADC模拟量信号输入端A2接地。
2)ADC地址码选择开关(K16)2拨下，选择“000”；
3)ADC基准电压选择开关(K15)8拨上，基准电压选择2.5V；
4)ST选用连续脉冲(ADC启动转换信号选择开关K14拨上)，信号周期500us，正脉宽为100us，幅度4V；
5)ADC时钟信号输入端7控制频率500KHZ、幅度4V；
6)ADC数字输出信号控制开关(K17)3上拨，设置OE＝“1”状态；
7)按表格要求设置模拟输入量，读出的8位数字信号应与表格给定的输出状态一致，在8位数字信号保持不变时，微调模拟输入量，测试出输入模拟量的变化范围：
△V＝Vmax-Vmin。
8)记录实验数据，如下表4所示。
表4
(三)A/D转换的时间关系测试
测试条件及步骤：
1)选择模拟量输入端A1为模拟量信号输入端，输入直流电压2.5V，ADC模拟量信号输入端A2接地。
2)ADC地址码选择开关(K16)2拨下，选择“000”；
3)ADC基准电压选择开关(K15)8拨上，基准电压选择5V；每次测试时保持8位数字信号保持不变(10000000)；
4)ST选用连续脉冲(ADC启动转换信号选择开关K14拨上)，信号周期500us，正脉宽按表格要求设置；
5)按表格要求测量，并记录实验数据，如下表5所示。
表5
二、DAC0832测试
基本功能测试
测试条件及步骤：
1)按顺序将逻辑电平端口接入DAC0832逻辑电平输入端。
2)记录实验数据，如下表6所示。
表6
三、数据分析
1)、根据表1和表2可以看出，无论是采用单脉冲信号控制还是连续脉冲信号控制，无论输入量为多少，在输出传送允许信号0E为高电平时，A/D均可以正常转换，说明ADC0809的转换功能正常。
2)、ADC00809的分辩力测试采用等精度测量，故采用等精度测量结果的数据处理方法，对测量结果做一个数据处理，得出测量结果的表达式。
对于表3，每一个数据都是选取基准电压为5V时的测量结果。而5V标准的分辨力应为5(V)/2^8＝5(V)/256，约为20mv。
(1)对测量数据按先后次序列表，如下表7。
表7
(2)求算术平均值：
(3)求每一次测量值的剩余误差及其平方值：
上面三项列入了表7中
(4)计算标准差的估计：
(5)按莱特准则判断粗大误差，剔除坏值。
查表7，无任何数据为坏值。
(6)判断是否有系统误差。从表7可以看出，剩余误差有正有负，分布均匀，不存在系统误差。
(7)求算术平均值的标准差个估计值。
(8)求算术平均值的不确定度。
(9)写出测量结果的表达式。
对于上表4，每一个数据都是选取基准电压为2.5V时的测量结果。而2.5V标准的分辨力应为2.5(V)/2^8＝2.5(V)/256，约为10mv。因为基准幅度为2.5V，所以如果数字量等于大于2.5V，则输出模拟量必然为”11111111”。因此，对输入数字量为2.5V时，对应的分辨力数据可不予以采纳。
(1)对测量数据按先后次序列表，如下表8所示。
表8
| i | V<sub>i</sub>(mv) | ΔV<sub>i</sub>(mv) | (ΔV<sub>i</sub>)<sup>2</sup>(mv)<sup>2</sup> |
| 1 | 7.9 | -2.28 | 5.198 |
| 2 | 11 | 0.82 | 0.672 |
| 3 | 12 | 1.82 | 3.312 |
| 4 | 10 | -0.18 | 0.032 |
| 5 | 10 | -0.18 | 0.032 |
(2)求算术平均值：
(3)求每一次测量值的剩余误差及其平方值：
上面三项列入了表8中
(4)计算标准差的估计：
(5)按莱特准则判断粗大误差，剔除坏值。
查表8，无任何数据为坏值。
(6)判断是否有系统误差。从表8可以看出，剩余误差有正有负，分布均匀，不存在系统误差。
(7)求算术平均值的标准差个估计值。
(8)求算术平均值的不确定度。
(9)写出测量结果的表达式。
综上，实验板在不同基准时的分辨力的表达式如上述所示。
3)、从表5中可以明显看出，当时钟CLK的频率和周期相同时，ST启动信号正脉宽不同时，EOC完成一次转换时间也不同，但是，转换时间却是相同的，说明转换时间只与时钟CLK有关。并且在时钟CLK为500kHz，周期为2us；转换启动信号ST周期为500us，正脉宽T1为100us，负脉宽为400us时，完成一次转换时间：实际测量值T2约237us，数据转换时间应为T＝T2-T1＝237us-100us＝137us。而在实际测量中，在时钟CLK为500kHz，周期为2us；转换启动信号ST周期为500us，正脉宽T1为100us，负脉宽为400us时，完成一次转换时间：实际测量值T2测得为237.1us，数据转换时间为T＝T2-T1＝237.1us-100us＝137.1us。可以看出，实际与理论相差0.1us。
4)、从表6中可以明显看出，DAC0832的相邻两位的输入端不同，输出模拟量V01就相差19.7mv且基准电压值VLEF选择的不同就有不同的输出模拟量V01。
四、结论
1)、ADC0809的A/D转换功能由输出信号允许传送OE来控制。OE＝1时，能够实现A/D转换功能；OE＝0时，A/D不能转换。
2)、ADC0809的分辨率8位。
3)、数据转换时间与时钟周期的关系：T/t＝137/2＝68.5；
完成“一次转换”时间为T2，包括2个时间段：a启动信号ST正脉宽(T1)期间实现原有数据清除，地址码锁存，b负脉宽期间实现数据转换(数据转换时间T)。它与转换启动信号ST的周期、占空比有关，还与时钟信号周期有关。表5中的数据转换时间T可视为AD最小数据转换时间，约等于69倍时钟信号周期。设定转换时间(ST负脉宽)，设定值小于最小数据转换时间T，AD就不能对输入模拟量进形数字量转换。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，还可应用于并行式逐次逼近型ADC和并行式DAC的同类产品，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种DAC和ADC实验测试板，其特征在于，包括ADC待测单元、模拟量输入端和数字量输出端，所述ADC待测单元分别与模拟量输入端、数字量输出端连接，所述模拟量输入端连接模拟量调节输出模块，所述模拟量调节输出模块包括多组电位器，用于分段电压的设置。
2.根据权利要求1所述的一种DAC和ADC实验测试板，其特征在于，还包括与所述ADC待测单元连接的ADC时钟信号输入端，A/D启动转换信号输入端，ADC地址码输入端和ADC基准电压输入端，所述ADC地址码输入端与ADC地址码选择开关(K16)连接，所述A/D启动转换信号输入端与ADC启动转换信号方式选择开关(K14)连接，所述ADC基准电压输入端与所述ADC基准电压选择开关(K15)连接，
还包括与所述ADC待测单元连接的ADC数字量输出端和ADC完成转换提示信号输出端，所述ADC数字量输出端与ADC数字信号输出控制开关(K17)连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种DAC和ADC实验测试板，其特征在于，还包括DAC待测单元、数字量输入端和模拟量输出端，所述DAC待测单元分别与所述数字量输入端、模拟量输出端连接。
4.根据权利要求3所述的一种DAC和ADC实验测试板，其特征在于，还包括与DAC待测单元连接的DAC基准电压输入端、逻辑电平输出端、模拟量输出端、DAC满量程输出修正电位器(Rp1)及计数器时钟输入端，所述DAC基准电压输入端与DAC基准电压选择开关(K18)连接。
5.根据权利要求2所述的一种DAC和ADC实验测试板，其特征在于，所述A/D启动转换信号输入端包括连续脉冲信号启动转换输入端和单脉冲信号启动转换信号生成电路(K13)。
6.根据权利要求1所述的一种DAC和ADC实验测试板，其特征在于，所述模拟量调节输出模块包括四组电位器。
7.根据权利要求1、2、4或5任一项所述的一种DAC和ADC实验测试板，其特征在于，所述模拟量输入端为2个，其余接地。
8.根据权利要求1、2、4或5任一项所述的一种DAC和ADC实验测试板，其特征在于，还包括电源接口，所述电源接口与所述ADC待测单元或DAC待测单元连接。
9.一种测试装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的DAC和ADC实验测试板，电源，函数信号发生器和示波器，所述电源与所述DAC和ADC实验测试板的电源接口连接，所述函数信号发生器分别与所述模拟量输入端或数字量输入端连接，所述示波器与所述数字量输出端或者模拟量输出端连接。
Priority Applications (1)
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