低速小信号，信号发生器方案讨论

bj232 · 发表于 2015-9-26 07:27:10

最近我的老板想让我做一款测试设备，主要功能是：评估对我们单位生产的模拟信号处理板对小信号放大时，失真的大小。输入RS232信号，输出模拟信号。本人模拟水平有限，特意求助大家帮忙。
主要的功能是通过单片机，解析电脑上面数据，控制输出的模拟电压大小。
预期输出信号参数如下：
1：20Hz以下的低频信号
2：最终输出信号范围0-100mV
3：分辨率100uV
4：精度1mV
5：驱动能力1mA以上

我大概的思路如下：
1：电脑上面写个软件，做个界面，提示人工输入预期的电压值
2：电脑软件按照每个lsb对应1mV的方式编码，转换成二进制发给单片机
3：单片机将电脑发送的数据转换成IIC总线或者SPI总线，控制DA
4：由于DA在 0-100mV的范围精度有限，增加运放，实现0.1倍放大
5：通过高精度万用表校准本测试设备的一些参数
6：断开万用表，换成产品进行测试
选型方面：
1：由于是1000的分辨率，我打算用12或者14位的DA芯片
2：由于输出最小是0.1mV的信号，我打算用低噪声，差分的运放
3：电源方面，我打算单片机是单独的3.3V，模拟方面，打算单独的5V供电

以上是我的一些思路，请大家帮忙看看，是否可行。

bj232 · 发表于 2015-9-26 07:32:50

没有想明白怎么在帖子里面传图片，补上图片
我也是第一次做，谢谢大家指教

mcu5i51 · 发表于 2015-9-26 08:24:19

同有这方面意向,不过我要求可以对目标产品进行标定;

ilikemcu · 发表于 2015-9-26 10:02:53

用STM32或STM8L的12位DAC，外部提供参考电压，输出信号幅度可能过大，那就用精密电阻分压，再用精密运放做个跟随器，至于标定，只要预先匡算好自己电路的输出范围能覆盖到实际输出的范围，程序处理不麻烦。
20HZ的波形，要精度高，需要做一个数据表格，分细点，尽量用足12bit的DAC的每一个bit

bj232 · 发表于 2015-9-26 10:10:02

ilikemcu 发表于 2015-9-26 10:02
用STM32或STM8L的12位DAC，外部提供参考电压，输出信号幅度可能过大，那就用精密电阻分压，再用精密运放做 ...

我疑问是实现0.1倍，或者0.05倍放大是否会出现较大的非线性
使用跟随器就是为了电阻保证线性，之后用运放匹配阻抗吗
感觉你这个思路不错哦，谢谢

3DA502 · 发表于 2015-9-26 10:36:37

”尽量用足12bit的DAC的每一个bit“

既然是测量用的，直接上个高位DAC，也花不了几个钱

NJ8888 · 发表于 2015-9-26 10:40:56

买个带电脑接口的低频

信号发生器

mailyyg@163.com · 发表于 2015-9-26 10:52:33

有单片机存在，线性校准不复杂。

bj232 · 发表于 2015-9-26 11:00:18

NJ8888 发表于 2015-9-26 10:40
买个带电脑接口的低频信号发生器

还是需要自己做的，因为以后想把这个设备集成，如果买人家的成品，估计会贵
不过也还是谢谢你的建议

bj232 · 发表于 2015-9-26 11:07:00

3DA502 发表于 2015-9-26 10:36
”尽量用足12bit的DAC的每一个bit“

既然是测量用的，直接上个高位DAC，也花不了几个钱 ...

钱目前不是最大的问题，而且这个设备，不会量产，所以成本不是很重要
我最担心的是1mV的精度问题，担心各种噪声，各种干扰，各种导线的影响，导致1mV的精度被淹没
普通的DA，我测量时候的误差就十几个mV跳了，不要说这个1mV
所以我感觉简单地增加DA的位数，效果不是很理想

3DA502 · 发表于 2015-9-26 11:39:02

bj232 发表于 2015-9-26 11:07
钱目前不是最大的问题，而且这个设备，不会量产，所以成本不是很重要
我最担心的是1mV的精度问题，担心各 ...

只说噪音，不说带宽也是不专业的，你用RC把带宽限制在0.01Hz以下，使用周期不太低PWM方式可以传递0.001V以下的精确基准电压

xwkm · 发表于 2015-9-26 11:41:43

考虑音频DAC。比如pcm1793。输出LPF -3db点压低。用stm32 i2s传输。波形合成原理就是DDS。

一天的蓝 · 发表于 2015-9-26 11:52:00

什么导致误差？失调、漂移、噪声、地线环流，和非线性误差
电源轨附近的工作的运放，是本例最大的误差来源（非线性）
推荐使用隔离串口，并使用双极性输出结构或双电源供电
adi的CN0200 CN0191是不错的参考

3DA502 · 发表于 2015-9-26 11:55:37

xwkm 发表于 2015-9-26 11:41
考虑音频DAC。比如pcm1793。输出LPF -3db点压低。用stm32 i2s传输。波形合成原理就是DDS。 ...

http://www.amobbs.com/forum.php? ... p;page=1#pid4752108

xwkm · 发表于 2015-9-26 12:53:17

3DA502 发表于 2015-9-26 11:55
http://www.amobbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=4751438&page=1#pid4752108

PCM1793可以关闭掉HPF，并且可以用外部基准。
再加上LZ需要就是低频交流输出，必然不断送数据，在STM32的I2S控制器上用DMA很容易就干了。
另外。音频ADC比如PCM1804/4202这种专业用途的也允许HPF关闭及外部基准。楼主用途用音频器件完全合适。

ilikemcu · 发表于 2015-9-26 12:55:58

bj232 发表于 2015-9-26 10:10
我疑问是实现0.1倍，或者0.05倍放大是否会出现较大的非线性
使用跟随器就是为了电阻保证线性，之后用运放 ...

如果担心线性问题，建议给运放采用双电源，或者提供一个负电源，让运放的输入输出信号范围离开最低端的负电压和最高的正电压2V压差以上，就可以保证远离非线性区了。你的这个应用，分辨率1000，精度只要100，使用好12bit的DAC完全可以满足要求，除非你钱多得骚包，不用难受。

运放质量好一点倒是很有必要，因为小信号输出，运放的温漂不可轻视。
DAC输出最好是先进跟随器，再过电阻分压，电阻可以采用电阻排，很便宜的，但是用在这里有很好的性能，采购方便。

sddp001 · 发表于 2015-9-26 13:33:06

如果只是测试的话，建议直接CPCI机箱，找个符合你要求的CPCI板卡应该不难，LabView编程省时省力，稳定可靠

xwkm · 发表于 2015-9-26 13:41:04

1793是差动输出。双电源就可以做到无电容耦合输出

locky_z · 发表于 2015-9-26 22:13:38

其实是任意波形发生器吧，PC端将波形包络的采样数据整个周期发给MCU，MCU保存在RAM中，定时发到DAC上。
20Hz，每个周期有80个点的话，失真已经比较好了，
20Hz 80个点，那么定时器约600us，对MCU要求不算高，普通51应该也行了。绝大部分DAC都能满足这个速率。

xwkm · 发表于 2015-9-26 22:44:37

locky_z 发表于 2015-9-26 22:13
其实是任意波形发生器吧，PC端将波形包络的采样数据整个周期发给MCU，MCU保存在RAM中，定时发到DAC上。
20H ...

其实我觉得96kHz 24bit的精度+一个转折点是100Hz的4阶巴特沃兹会有很好的输出效果

minier · 发表于 2015-9-26 23:19:15

噪声处理是问题的关键

minier · 发表于 2015-9-26 23:42:40

噪声处理是问题的关键

bj232 · 发表于 2015-9-28 11:18:44

3DA502 发表于 2015-9-26 11:39
只说噪音，不说带宽也是不专业的，你用RC把带宽限制在0.01Hz以下，使用周期不太低PWM方式可以传递0.001V ...

我滤波主要是减少50的工频干扰，感觉你说用RC也能有效果，等我实际验证下哦，谢谢你的建议

bj232 · 发表于 2015-9-28 11:23:31

xwkm 发表于 2015-9-26 11:41
考虑音频DAC。比如pcm1793。输出LPF -3db点压低。用stm32 i2s传输。波形合成原理就是DDS。 ...

谢谢你的建议，我会参考下

bj232 · 发表于 2015-9-28 11:31:43

一天的蓝发表于 2015-9-26 11:52
什么导致误差？失调、漂移、噪声、地线环流，和非线性误差
电源轨附近的工作的运放，是本例最大的误差来源 ...

哦，看来零点附近确实需要注意，我觉得还是要考虑下双电源

bj232 · 发表于 2015-9-28 11:37:53

ilikemcu 发表于 2015-9-26 12:55
如果担心线性问题，建议给运放采用双电源，或者提供一个负电源，让运放的输入输出信号范围离开最低端的负 ...

厉害，很给力的建议，运放我打算就这样做了

bj232 · 发表于 2015-9-28 11:39:09

sddp001 发表于 2015-9-26 13:33
如果只是测试的话，建议直接CPCI机箱，找个符合你要求的CPCI板卡应该不难，LabView编程省时省力，稳定可靠 ...

公司穷，买不起CPCI但是labview还是必须用的，谢谢你建议

bj232 · 发表于 2015-9-28 11:42:57

locky_z 发表于 2015-9-26 22:13
其实是任意波形发生器吧，PC端将波形包络的采样数据整个周期发给MCU，MCU保存在RAM中，定时发到DAC上。
20H ...

确实是任意波形发生器的感觉，就是对小信号要求高100mV左右，我也是对这个小信号很关注，看了楼上很多大侠的指点，我心踏实多了

bj232 · 发表于 2015-9-28 11:49:58

xwkm 发表于 2015-9-26 22:44
其实我觉得96kHz 24bit的精度+一个转折点是100Hz的4阶巴特沃兹会有很好的输出效果 ...

你说的四阶是无源的吧，有源单运放好像没有电路参考，我找到的，只有二阶butterworth

xwkm · 发表于 2015-9-28 14:15:40

bj232 发表于 2015-9-28 11:49
你说的四阶是无源的吧，有源单运放好像没有电路参考，我找到的，只有二阶butterworth ...

四阶就是二阶级联嘛。算好参数就可以了。你去看看ti filter pro。
至于运放用5532就行。输出部分双6V供电就OK。

bj232 · 发表于 2015-9-28 20:00:15

xwkm 发表于 2015-9-28 14:15
四阶就是二阶级联嘛。算好参数就可以了。你去看看ti filter pro。
至于运放用5532就行。输出部分双6V供电 ...

完美，大哥你讲解的太周到了，谢谢

gamalot · 发表于 2015-9-28 23:52:31

用指标有保证的器件，反正你不是批量生产，不在乎几个小钱，推荐MAX5318，一般人俺不告诉他

bj232 · 发表于 2015-9-29 13:29:44

gamalot 发表于 2015-9-28 23:52
用指标有保证的器件，反正你不是批量生产，不在乎几个小钱，推荐MAX5318，一般人俺不告诉他 ...

谢谢你推荐的芯片，现在，我最担心的是运放的性能，方便推荐几个低噪声运放吗，比如AD8629

gamalot · 发表于 2015-9-29 15:27:33

bj232 发表于 2015-9-29 13:29
谢谢你推荐的芯片，现在，我最担心的是运放的性能，方便推荐几个低噪声运放吗，比如AD8629 ...

AD8629很好用，俺之前的设计用的就是MAX5318和AD8629，再配上精密电阻分压

bj232 · 发表于 2015-9-30 07:50:10

gamalot 发表于 2015-9-29 15:27
AD8629很好用，俺之前的设计用的就是MAX5318和AD8629，再配上精密电阻分压

看来我们是想到一块去了，运放型号都一样

低速小信号，信号发生器方案讨论

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