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          如何在Python或MATLAB環(huán)境中使用ACE快速評(píng)估數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

          作者:ADI產(chǎn)品應(yīng)用工程師Lluis Beltran Gil 時(shí)間:2023-02-14 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 收藏


          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/202302/443345.htm

          摘要

          評(píng)估板(EVB)及其配套軟件具有即插即用功能,可輕松評(píng)估ADI產(chǎn)品的性能。其圖形用戶界面(GUI)提供了直觀的方式,可進(jìn)行手動(dòng)配置并與該設(shè)備通信。但是,在更復(fù)雜的產(chǎn)品中,如果不能自動(dòng)處理這些重復(fù)性任務(wù),那么在評(píng)估所有可用功能的同時(shí),掃描產(chǎn)品的所有附加功能可能會(huì)變得非常耗時(shí)。

          文中說(shuō)明了如何記錄宏,以及如何無(wú)需開(kāi)發(fā)復(fù)雜的軟件控制器代碼,也能在?和?環(huán)境中使用宏來(lái)自動(dòng)處理某些評(píng)估任務(wù)。本文以ADI的AD7380和AD7606C-16為例自動(dòng)處理所有用戶交互,用于掃描不同的配置,發(fā)起轉(zhuǎn)換,然后導(dǎo)出結(jié)果。通過(guò)使用這些示例,來(lái)自動(dòng)評(píng)估過(guò)采樣數(shù)字濾波器帶給模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的性能優(yōu)勢(shì)。雖然本文著重介紹AD7380和AD7606C-16,但文中的信息也適用于ADI的其他產(chǎn)品和應(yīng)用。

          簡(jiǎn)介

          ADI提供了一些方法來(lái)輕松評(píng)估每次發(fā)布的新產(chǎn)品及其可實(shí)現(xiàn)的性能和特性。首先,我們的評(píng)估板由印刷電路板(PCB)(集成主要器件,例如ADC)和所需的配套產(chǎn)品(例如基準(zhǔn)電壓源、驅(qū)動(dòng)放大器、時(shí)鐘源、電源解決方案等)組成。其次,這些板附帶的軟件可以展示解決方案可實(shí)現(xiàn)的實(shí)際性能。它展示了使用該平臺(tái)可以獲得的真實(shí)數(shù)據(jù)。在過(guò)去幾年中,軟件1平臺(tái)一直用于此目的。

          平臺(tái)中,每個(gè)產(chǎn)品都有一個(gè)插件,通過(guò)簡(jiǎn)潔明了的GUI訪問(wèn)設(shè)備寄存器映射,從而簡(jiǎn)化了設(shè)備配置。

          在ADC示例中,通常以波形或直方圖的形式顯示原始數(shù)據(jù),并通過(guò)FFT計(jì)算AC性能指標(biāo),例如SNR或THD。本文展示如何無(wú)需進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)自動(dòng)處理所有這些程序。

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          圖1 評(píng)估板的硬件和軟件交互框圖,包括ACE與/的通信

          ACE插件

          圖2顯示AD7380插件芯片視圖,其中包含多個(gè)按鈕,以便輕松配置該器件:

          1. REF允許選擇內(nèi)部或外部基準(zhǔn)電壓源

          2. OSC可以啟用過(guò)采樣,并設(shè)置過(guò)采樣率

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          圖2 AD7380的ACE插件芯片視圖

          圖3顯示AD7606C-16插件芯片視圖,其中多個(gè)按鈕用深藍(lán)色突出顯示,可用于:

          1.通過(guò)單擊PGA符號(hào)選擇每個(gè)通道的模擬輸入范圍

          2.選擇內(nèi)部或外部基準(zhǔn)電壓源

          3.選擇過(guò)采樣率

          4.配置偏置/增益/相位校準(zhǔn)功能

          5.配置診斷

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          圖3 AD7606C-16的ACE插件芯片視圖

          雖然前面的示例使用ADI AD7380和AD7606C-16,但本文不止介紹這些產(chǎn)品,還包括與ACE配套使用和用于自動(dòng)處理重復(fù)性任務(wù)的所有其他器件。每個(gè)ACE插件都有自己的GUI布局。但是,隨著產(chǎn)品日益變得復(fù)雜,添加的功能越來(lái)越多(例如診斷、校準(zhǔn)等),手動(dòng)測(cè)試所有這些功能也會(huì)變得更加復(fù)雜和繁瑣。ACE遠(yuǎn)程控制能夠設(shè)置或掃描參數(shù),例如,掃描過(guò)采樣率和測(cè)量噪聲性能的改善程度。

          設(shè)置ACE遠(yuǎn)程控制

          在開(kāi)始編寫(xiě)遠(yuǎn)程控制ACE的代碼之前,需要先按照以下步驟與ACE建立通信:

          1.打開(kāi)ACE,前往設(shè)置

          2.找到IPC服務(wù)器選項(xiàng)卡,確保已啟動(dòng)該服務(wù)器

          3.確保已分配了一個(gè)端口,最好是2357

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          圖4 與ACE建立通信

          記錄宏,生成腳本

          ACE提供宏工具菜單,通過(guò)將配置和設(shè)備交互步驟存入宏文件進(jìn)行記錄。生成宏之后,可以使用該宏來(lái)一次性自動(dòng)重復(fù)所有步驟。以下是生成宏的步驟:

          1. 打開(kāi)ACE,進(jìn)入工具>>宏工具。

          2. 點(diǎn)擊圖5中藍(lán)色高亮顯示區(qū)域中圖標(biāo)右側(cè)的記錄宏命令按鈕。

          3. 開(kāi)始執(zhí)行設(shè)備交互,例如更改參數(shù)、向存儲(chǔ)器映射中的寄存器輸入值、捕捉數(shù)據(jù)等。在瀏覽和使用GUI時(shí),命令窗口中會(huì)填入信息。

          4. 在記錄要輸入的所有操作/設(shè)置之后,點(diǎn)擊停止記錄宏命令按鈕。按鈕在上述同一位置。將會(huì)自動(dòng)彈出命令窗口。

          例如,在記錄宏時(shí),用戶使用圖2中所示的按鈕配置過(guò)采樣率和分辨率模式。命令窗口如圖5所示。

          1676346287692812.png

          圖5 命令窗口和宏工具

          在這個(gè)窗口中,可以查看記錄的所有步驟,甚至可以跳過(guò)/中斷任何無(wú)需自動(dòng)生成的步驟,然后將整個(gè)程序?qū)С龅揭粋€(gè)可選擇語(yǔ)言的腳本中,如圖5中紅色高亮部分所示。

          記錄宏文件之后,可以再次保存和播放,以重復(fù)之前執(zhí)行過(guò)的步驟。ACE有一個(gè)內(nèi)置功能,可以生成腳本,按照所選的受支持的語(yǔ)言執(zhí)行記錄的操作。所以,按照之前的列表,接下來(lái)的步驟是:

          1. 點(diǎn)擊圖5中藍(lán)色高亮顯示區(qū)域右側(cè)的生成圖標(biāo),打開(kāi)腳本生成器窗口。

          2. 從C#、中選擇所需的語(yǔ)言,然后點(diǎn)擊導(dǎo)出。

          之后,可以將該代碼導(dǎo)入IDE中執(zhí)行。以這段代碼為基礎(chǔ),添加額外的功能,例如儀器控制,構(gòu)建自動(dòng)測(cè)試臺(tái),以獲取測(cè)量結(jié)果。2接下來(lái)的章節(jié)中顯示的示例使用Visual Studio Code或MATLAB,這些示例僅使用產(chǎn)品評(píng)估板來(lái)執(zhí)行噪聲分析,不使用任何額外的設(shè)備。如需查找用于管理、存儲(chǔ)或?qū)κ占降臄?shù)據(jù)進(jìn)行繪制的代碼示例,如接下來(lái)的幾個(gè)章節(jié)所示,請(qǐng)?jiān)L問(wèn)wiki.analog.com并搜索相關(guān)的評(píng)估板。

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          圖6 使用Python語(yǔ)言的ACE代碼生成編輯器

          使用Python自動(dòng)處理評(píng)估任務(wù)

          上一節(jié)中生成的.py文件可用于輕松啟用和重復(fù)之前記錄的一系列操作。此外,通過(guò)編輯這些腳本和自動(dòng)處理某些任務(wù),還能獲得更大的益處。在前面的示例中,在AD7380 ACE插件中設(shè)置了過(guò)采樣率和分辨率,對(duì)生成的宏進(jìn)行了編輯,以便使用輸入?yún)?shù),如圖7所示。注意,默認(rèn)情況下,這些宏被稱為execute_macro(),但可以將這個(gè)名稱更改為更具描述性的名稱。

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          圖7 編輯Python函數(shù),以便使用輸入?yún)?shù)

          這些宏現(xiàn)在可以在內(nèi)部調(diào)用實(shí)現(xiàn)循環(huán),掃描過(guò)采樣率值,顯示噪聲性能如何隨著過(guò)采樣率提高而改善,以及啟用兩個(gè)額外的分辨率位帶來(lái)的好處。

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          圖8 這些指令用于實(shí)現(xiàn)循環(huán),該循環(huán)掃描過(guò)采樣率,打開(kāi)和關(guān)閉兩個(gè)額外的分辨率位

          因此,Python示例代碼訪問(wèn)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)文件,讀取ACE插件測(cè)量的SNR數(shù)據(jù),并通過(guò)串行監(jiān)控器報(bào)告數(shù)據(jù)。如表1所示,過(guò)采樣可以改善噪聲性能3,但在某些情況下,為了展示AD7380顯示為18位字,而非16位字帶來(lái)的真正優(yōu)勢(shì),需要兩個(gè)額外的分辨率位。

          表1 AD7380 SNR與過(guò)采樣率的關(guān)系

           

          OSR

          動(dòng)態(tài)范圍
          (正常分辨率)

          動(dòng)態(tài)范圍
          (提高分辨率,18位)

          1

          90.8 dB

          90.8 dB

          2

          92.6 dB

          93.6 dB

          4

          94.3 dB

          96.5 dB

          8

          95.8 dB

          99.2 dB

          16

          96.3 dB

          100.4 dB

          32

          96.5 dB

          100.5 dB

          使用MATLAB自動(dòng)處理評(píng)估任務(wù)

          與Python示例一樣,自動(dòng)生成的代碼也可以導(dǎo)出用于MATLAB中,在本例中生成一個(gè).m文件。在本例中,宏被定義為一個(gè)函數(shù),但可以對(duì)宏進(jìn)行編輯,以便使用輸入?yún)?shù)。以下MATLAB示例使用AD7606C-16板。

          同樣,可以通過(guò)自動(dòng)使用ACE來(lái)輕松評(píng)估AD7606C-16的過(guò)采樣優(yōu)勢(shì)。圖9顯示一個(gè)MATLAB函數(shù),經(jīng)過(guò)編輯后可以使用多種參數(shù),例如吞吐量、樣本數(shù)量、接口類型(串行或并行)、基準(zhǔn)電壓源(內(nèi)部或外部)、過(guò)采樣率、數(shù)字走線數(shù)量或模擬輸入范圍。

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          圖9 編輯MATLAB函數(shù),以便使用輸入?yún)?shù)

          這個(gè)特定函數(shù)可以在主代碼中使用,以快速啟用不同配置的數(shù)據(jù)采集,輕松執(zhí)行多個(gè)AD7606C-16指標(biāo)比較,例如:

          ■   噪聲性能與過(guò)采樣率

          ■   性能與吞吐量

          ■   性能與模擬輸入范圍

          ■   內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源與外部基準(zhǔn)電壓源

          ■   串行接口與并行接口等等。

          注意,這只是以AD7606C-16為例;根據(jù)所評(píng)估的產(chǎn)品不同,可能需要執(zhí)行多種不同的性能評(píng)估。

          您可以訪問(wèn)wiki.analog.com4查看AD7606C-16的使用說(shuō)明,包括可用的源代碼。其中介紹了如何生成宏代碼,也給出了后期處理數(shù)據(jù)的示例。OversamplingSweep.m示例掃描過(guò)采樣率,針對(duì)每個(gè)值繪制代碼直方圖。如圖10所示,過(guò)采樣率越大,代碼直方圖越窄。表2也顯示代碼的峰峰值分布如何隨過(guò)采樣降低。

          表2 AD7606C-16的代碼分布與過(guò)采樣率的關(guān)系

          OSR

          峰峰值

          (LSB)

          1

          16

          2

          13

          4

          12

          8

          10

          16

          7

          32

          6

          64

          4

          128

          4

          256

          2

          1676348651736140.png

          圖10 代碼直方圖顯示噪聲性能如何隨過(guò)采樣率改善??墒褂煤?jiǎn)單腳本掃描可用的多種過(guò)采樣率選項(xiàng)(高達(dá)256個(gè))

          結(jié)論

          新型ACE平臺(tái)可作為新評(píng)估板的軟件框架,由于能夠記錄宏,對(duì)于希望加快ADI產(chǎn)品評(píng)估工作速度的硬件設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō),這是一個(gè)有利的工具。這些宏通過(guò)行業(yè)通用的編程語(yǔ)言,例如Python或MATLAB助力實(shí)現(xiàn)測(cè)試自動(dòng)化。自動(dòng)處理這些任務(wù)反過(guò)來(lái)又會(huì)加快產(chǎn)品評(píng)估和選型,幫助加快上市時(shí)間,縮短硬件設(shè)計(jì)周期。有關(guān)此主題和其他主題,可訪問(wèn)EngineerZone?獲取更多支持,也可訪問(wèn)wiki.analog.com,獲取更多遠(yuǎn)程控制示例。

          參考資料

          1 “分析 | 控制 | 評(píng)估(ACE)軟件?!盇DI公司

          2  “AD5791 ACE遠(yuǎn)程控制。”ADI公司,2020年2月。

          3 Jonathan Colao?!斑m用于微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的快速反應(yīng)、光學(xué)編碼器反饋系統(tǒng)?!蹦M對(duì)話,第54卷第2期,2020年4月。

          4  “AD7606B/C ACE遠(yuǎn)程控制?!盇DI公司,2021年2月。

          關(guān)于作者

          Lluis Beltran Gil畢業(yè)于瓦倫西亞理工大學(xué),于2009年獲電子工程學(xué)士學(xué)位,2012年獲工業(yè)工程學(xué)士學(xué)位。畢業(yè)后,Lluis于2013年加入ADI公司,擔(dān)任利默里克精密轉(zhuǎn)換器部的應(yīng)用工程師。目前,Lluis就職于儀器儀表事業(yè)部SAR ADC應(yīng)用團(tuán)隊(duì),工作地點(diǎn)在西班牙瓦倫西亞。他擁有瓦倫西亞大學(xué)電氣工程碩士學(xué)位。



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