Seltsame Proben von SAR ADC

Ich spiele mit einigen SAR-A / D-Wandlern (Successive Approximation) herum. Ich habe eine Testschaltung erstellt, in der ich einen 16-Bit-DAC von Texas Instruments (R2R-basiert) und einen 16-Bit-SAR-ADC von Analog Devices habe. Mit einem Mikrocontroller und etwas SPI-Programmierung kann ich eine Spannung am DAC ausgeben und mit dem ADC abtasten. Das Ziel dieses Tests besteht darin, zu überprüfen, ob die resultierenden Daten eine gerade Linie mit etwas Rauschen sind.

Ich lasse den DAC für mindestens das 10-fache der erforderlichen Einschwingzeit einschwingen und der Ausgang wird tiefpassgefiltert, um Rauschen zu beseitigen. Obwohl ich ziemlich schnell sampeln konnte, brauche ich etwas Zeit, um Daten vom Mikrocontroller zum PC zu übertragen, also mache ich nur ungefähr 2-3 Samples pro Sekunde. Ich stelle sicher, dass die ADC-Wandlung abgeschlossen ist, bevor eine neue Spannung am DAC gespeichert wird.

Nach etwa 4000 Samples, regelmäßig über den gesamten Skalenbereich verteilt, kann das Ergebnis mit dem DAC 16-Bit-Wort (X) und dem ADC (Y) geplottet werden. Das Ergebnis sieht seltsam aus und wenn ich hineinzoome, gibt es eine Art periodisches "Rauschen" (siehe Diagramm unten).

Proben von SAR ADC

Ich kann definitiv sagen, dass es bei der Messung mit meinem Scope keine derartigen Signalprobleme gibt. Es gibt etwas Rauschen, aber das entspricht einer Amplitude von 10 mV. Hier stimmt also etwas nicht. Ich habe auch meine Spannungsreferenz- und Versorgungsleitungen gemessen und auch hier gibt es keine Rauschprobleme. Ich würde das Ergebnis akzeptieren, wenn die "Spitzen" wie 1-10 LSB und zufällig wären, aber dies ist in einem viel größeren Maßstab und etwas periodisch. Die Periodizität könnte ein Zeichen für eine Abtastung eines sich linear ändernden Signals mit sehr niedriger Auflösung sein, aber dies ist nicht der Fall. Ich denke, das ist zu groß, um Quantisierungsrauschen zu sein. Das folgende Diagramm zeigt die Vollversion. Das Problem ist so groß, dass es auch in diesem Plot deutlich zu sehen ist. Der DAC und der ADC verwenden nicht dieselbe Vollskalenspannung, was die flachen Bereiche an beiden Enden der Skala erklärt.

Vollständige Auswahl an Proben

Denken Sie daran, dass das Diagramm vielleicht etwa 50-100 Samples mit nur wenigen Samples pro Sekunde zeigt, wir sprechen also über ein sehr langsames Sampling einer DC-Spannung, die sich nur ändert, nachdem die ADC-Wandlung abgeschlossen ist. Die Spannungsreferenz wird gefiltert, ebenso wie das Eingangssignal zum ADC.

Ich habe das gleiche auch mit einem 18-Bit-SAR-ADC gemacht. Gleiche Probleme.

Es sieht so aus, als hätten Sie irgendwo im digitalen Pfad ein Stückchen festgefahren. Da Sie mit zwei verschiedenen ADCs die gleichen Ergebnisse erhalten, überprüfen Sie die Verbindungen zum DAC sorgfältig.
Was @DaveTweed gesagt hat. Die Unebenheiten sehen verdächtig binär aus. Überprüfen Sie insbesondere Ihren SPI-Modus und das Timing für den DAC sorgfältig. Wenn Sie zum Beispiel an der falschen Kante takten, könnte es „fast“ funktionieren.
Danke. Ich fange an zu glauben, dass es nicht die analoge Schaltung ist, sondern eher ein SPI-Problem oder etwas anderes Digitales. Die Y-Skala sollte von -32768 bis 32767 gehen. Oder in diesem Fall, wo das Zweierkomplement in Offset-Binär umgewandelt wird, 0 bis 65535. In meinen Diagrammen ist dies nicht der Fall. Also irgendwas stimmt definitiv nicht.
Nur um das Offensichtliche zu überprüfen: Hat der ADC die richtige Kapazität, eine gute Masseebene, keine digitalen Leitungen unter dem Chip und separate analoge und digitale Stromversorgungen?

Antworten (1)

OK - ich habe das Problem gelöst. In meinem SPI-Setup für den Mikrocontroller habe ich sowohl die Taktpolarität als auch die Taktphase geändert und das Problem gelöst. Ich habe jetzt sehr saubere, glatte Kurven.

Ich mache jetzt Sinn. Die aus dem ADC ausgelesenen 16-Bit-Wörter waren tatsächlich nicht korrekt und enthielten sowohl Informationen aus dem vorherigen Wort als auch aus dem aktuellen. Das erklärt sowohl die Periodizität als auch die Verrücktheit in den Handlungen.

Zum Glück scheinen sowohl der DAC als auch der ADC mit der neuen Takt- und Phasenpolarität gut zu funktionieren, obwohl sie von verschiedenen Herstellern stammen :-)

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