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r2r网络da转换精度提高新方法

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楼主
ID:104059 发表于 2016-1-22 03:30 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
近来在研究数控电源,想搞低成本的。
于是就想到了r2r电阻网络da转换。
随手抓来10k+20k的电阻一堆,测试发现转换线性很差,有些时候甚至无法保证单调性。
想想r2r网络da转换原理上应该没问题,毕竟很多da转换芯片也是这个结构。
于是考虑是电阻的问题。
芯片内的电阻是光刻上去的,阻值不精确,但比值较稳定。有的高位数的da还会用激光进行修正。
因为成本问题,不想去买千分之一的电阻。
但因为想实现毫伏精确设定,所以要求尽可能线性,起码要保证单调。
于是想到用一个小阻值电阻去修正,电阻误差是1%。所以就用一个1%阻值的电阻去修正。
理论上来讲,修正后的阻值为万分之一。但由于阻值不连续,优于千分之一应该是很简单的。
于是用的10k+20k的碳膜,挑选误差在1%以下的,即10k1或20k2以内的。
然后用小阻值电阻修正到10k2和20k4,修正后线性精度优于千分之一。
实测5vda输出跳动不大于2mv。
因为万用表量程和线性关系,实际使用7k5+15k比较好,因为不用切换量程,但手头没有。现在在8位r2r后面级联一个8位pwm,连成一个16位da。
扩展到15v量程,可以1mv步进,误差在1mv内。
建议10k和20k电阻简单筛选后,先行焊接到电路板上后再配阻修正。
否则焊接后可能会变化较大,我买的1%的碳膜实际测量在3%左右,焊接后又会漂移1%。
另外建议测试几个输出关键点的步进,并进行进一步的修正。
例如127->128,仅修正此点就可以增加20mv的精度。
还有1->2,3->4,7->8,15->16,31->32,63->64。
按5v电压换算,5/256=0.1963v
测量调整以上跳转点,电压跳变在0.19-0.20即可。
实测发现跳变点越高,越影响单调性,即电压增长的方向。
跳变点越低,越影响线性,即每一次的增量。
也可以把r2r网络位数拆解,先做好2位在做3位,把每一位的中点调整准。
先找四个阻值精确相等的电阻两并再串联组成一个电桥分压器的一个臂,以此来校正量程中点。
这样可以用200mv档测量压差,提高分辨率。排除万用表线性影响。
把每一位中点调到1/2上。例如一位转换,设定输出1,应当输出2.5v。两位转换,设定输出2,也应当输出2.5v。
调整这个点的电阻使他尽可能接近,然后再一位一位的扩充即可,这样调出来的精度应该更高。
我在通过万用表测量配阻后发现63->63跳变大,约比正常多跳变12mv,然后用这个方法修正,效果比用万用表修正要好。
因为低位的阻值误差会慢慢的积累影响高位,同时由于焊接高温,电阻会变化。
当然后配上去的电阻焊接后也会变化,只不过阻值小影响小,但这个误差会积累到高位显现。

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沙发
ID:104059 发表于 2016-1-22 03:30 | 只看该作者
应当用金属膜电阻才好

pwm+r2r有点本末倒置了,PWMda最大的缺点就是在输出噪音上,而r2r着只是分压噪音很小。两相叠加..........除了你牺牲速度加了一大堆滤波,要不纹波特性一定不好.......

全部用同一批金属膜10K, 用万用表筛选阻值一样的, 20K用10K串联
能保证温漂一致,精度由万用表分辩力决定

话说有5元一片的16位DA


LZ这个方法根本就是费力不讨好,纯折腾。
人工筛选、人工修正的方法只有当年物资极为贫乏的年代才会用于生产,现在只有个别高价格高精度的计量设备才会这么做,否则你根本就承担不起生产的人工成本。

再说了,普通的千分之一的电阻并不会贵太多,你也没要考虑温漂和连续稳定性、长期稳定性等问题。
R2R+PWM更是瞎折腾,只是心理满足罢了,效果实在是惨不忍睹
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板凳
ID:104059 发表于 2016-1-22 03:31 | 只看该作者
pwm叠加在r2r末位,不加滤波输出波纹为电源的256分之一。
pwm的滤波放在r2r后面,不影响r2r响应速度。
这样做只是为了减少io占用。对比发现pwm除去前后10个字,中间段线性比r2r好控制。
实际应用感觉精度是有的,四位半表校准后,全量程误差不过两个字。
最终肯定会用金属膜,这个只是为了验证。
diy最不怕的就是人力成本,并不打算量产。

话说5元一片的16位da给个型号,别只是说有。
兄弟我没用过,手上只有0832。

有谁做过类似的给推荐个芯片。
12-16位ad,线性好一点的,价格不要超过5元每通道。
20位以上da,速度不要求太高,差分输入最好。

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地板
ID:104059 发表于 2016-1-22 03:31 | 只看该作者
扶额........敢保证你是理论学多了,(难道是在上大学)好吧先说pwm+r2r,理论来说还行,4位半表测也准......那你号信的话上一下示波器?不吓死才怪。用在控制电源上那就是各种凌乱。轻则输出50mv以上的纹波,重则运放直接速度不够导致失稳。再有dac,估计你没听过两个dac上的重要参数,DNL. INL
接上......这两个参数是衡量dac最大偏差和每个位间偏差的。因此dac分成两种用途,音频dac和工业dac。音频的都便宜,就因为这两个参数是最重要原因。5块以下别说16位,双24位都有.......不过真要是用这个到电源上,你有可能设置大的da值,结果输出反而减小。工业dac就远贵了,一般二手的12位每通道2元左右,16位5元一通道要靠人品找。还有工业da最高位18位,价格100多,具体型号推荐你查看凌力尔特官网和adi官网。ti的模拟件和这俩比起来根本不入流
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5#
ID:104059 发表于 2016-1-22 03:32 | 只看该作者
AD569 电阻串结构 可以保证很好的单调性
这是电源需要的
搜了一下,新品应该是百元左右
二手的一家5另一家6.5,成交量很小。

这个r2r+pwm无滤波波纹我是测试过的
交流波纹在25mv左右
符合理论计算

现在pwm两级滤波后接r2r末位
再一级滤波后运放跟随缓冲
滤波电容为103瓷片
pwm滤波地接数字地
r2r滤波接模拟地
0-20v范围,输出波纹在5mv以内。
波纹主要为3mv的100赫兹交流噪声,波形同整流后波形。
我这个变压器正负半周不对称,一峰高一峰低,很奇怪。
在班上,工业供电,示波器探头用铜网短接,本底大概2mv杂波。

你不要说我控制环路慢。
现带电阻、电容、电机、空载20v开机上升时间1.2ms,无过冲。
负载调整率四位半表测不出来。
动态响应时间1ms内。

我说这些并不是吹嘘,只是我测试的结果。
也许重复性不高,喜欢的可以试一下,也算是另辟蹊径的解决方法。
大家不要都凭想象说话,毕竟我也是测试过的。
如果你质疑可以提出来,不要说吓死。
我这里测试过DNL. INL的,但不是全量程每一个点。
没有那么高精度的设备,也没有那时间。
十六位65535个点,就算是20v输出1mv步进也20000个点。
只是2v和19v两点校正后1v步进全量程走一遍,中间挑了几个常用点测了下+-100mv、+-10mv和+-1mv的调整。
每种步进都测了下,感觉够用,比预期好。
其实实际应用的话精确到0.1v就足够了,毕竟不加远端补偿的话,误差几十毫伏是很正常的。
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