上一期介绍了基于STM32的AD9833信号发生器硬件设计方面,但是回顾电路图的设计出现了一些错误的地方,本期对这些错误的地方进行修正。
错误的地方主要有两个,第一个是数字电位器控制运算放大器反馈电阻的错误以及运算放大器AD8034的原理图问题,并且做了对应修改:
1、数字电位器的局限性
在原先设计中,我将数字电位器用在了运算放大器反馈端,如果这个地方是传统的电位器,那是一点问题没有的,但是数字电位器并没有这个简单,不能单纯的当作传统电位器使用。
MCP4017是通过内部模拟开关导通来控制电阻网络的阻值,这代表着我们必须去考虑它的电气特性。
这代表着MCP4017的AWB端是有工作范围的,不能超过VDD,也不能低于VSS。MOS管模拟开关的导通 / 截止依赖VDD与VSS提供的栅极偏置电压。
当AWB端电压高于VDD时:PMOS模拟开关的栅极偏置电压不足(栅极电位通常由 VDD 控制),导致开关截止;若电压过高,可能击穿NMOS开关的栅源结。
这代表着MCP4017除非提供一个偏置电压和降压,否则无法直接用在运算放大器的负反馈上。
解决办法当然也有,因为MCP4017只能工作在VSS-VDD之间也就是0~3.3V,而AD9833的输出正好是0~0.6V,因此可以先利用MCP4017对AD9833的输出电压进行降压,再通过运算放大器放大。
MCP4017和电阻构成经典分压网络,对AD9833的信号先一步降压,后接高通滤波和运算放大器放大。
2、AD8034的原理图问题
首先我先阐述一下原因,在焊接过程中发现,AD9833的信号是能够正常提供的,并且MCP4017也能够改变输出幅度。
在这一步信号都是非常正常的,但是运算放大器输出异常,处于一个类似饱和的状态。
为什么说是类似饱和的?
因为AD8034的输出是一个直流信号,电源是10V,但是AD8034输出6V左右。
测量AD8034的输入引脚,发现输入引脚是一个带直流偏置的正弦波。
开始以为是高通滤波器没起作用(虽然这么简单的电路不应该),直流偏置通过运算放大器放大失真。于是把AD8034改为了电压跟随器(无放大)看一下信号能不能正常输出(R9去掉就是电压跟随器)
于是更诡异了!
输入引脚的电压到达了5V直流!
此时我已经焦头烂额了,完全不知道是哪里出现了问题,于是打算去再查阅一下芯片手册,然后突然发现:
AD8034是双运放型号,没有对应的单运放型号!单运放的是AD8033!
这块芯片应该是立创EDA提供的原理图出了问题,在立创商城中提供的AD8034是一款单通道运算放大器:
这里应该是立创EDA中,误用了AD8033的原理图绘制到了AD8034上,导致出现了这种情况。
包括ADI中也描述了:AD8034是双核放大器,AD8033是单核放大器。
解决办法也好办,买AD8033来适配这份原理图即可。
3、总结
目前这份原理图除了MCP4017属于重大错误之外,AD8034应该是嘉立创那边的器件误用(已经反馈了),其他部分经过验证并没有什么问题。
在原来的基础上修改了MCP4017的错误并重新绘制了板子,优化了布线。
同时将数字地和模拟地分开,板子的中间部分为数字地,外面为模拟地,总共有三颗磁珠连接。
基本功能也差不多了,还需要完善一下。
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