高精度R2R電阻階梯

01 梯形電阻

一、前言

剛剛拿到了購買的高精度電阻，200片 10k 歐姆電阻。下面將會(huì)利用它，重新測試一下 R2R 梯形電阻 DAC的精度。這是前兩天使用普通制作的 10 bit DAC的效果。在 3.3V的范圍內(nèi)，線性誤差最大達(dá)到了 28mV。下面來看一下使用這些 千分之一精度的電阻制作的效果。對于究竟能夠達(dá)到多高的精度，我現(xiàn)在也是充滿著好奇。

二、電路設(shè)計(jì)

這一次使用的單片機(jī)為 STM32F401。由于手邊只有10k歐姆高精度電阻，所以使用兩個(gè) 10k電阻并聯(lián)形成 5k 電阻。鋪設(shè)單面電路板，適合一分鐘制板方法。

▲ 圖1.2.1 電路原理圖

ADTest2024MarchR2RF40110K.SchDoc

▲ 圖1.2.2 PCB電路

??一分鐘之后獲得了電路板。使用的覆銅板表面有些氧化，對后面焊接很不友好。但這還不是最致命的，直到焊接前，才意識地自己犯了一個(gè)愚蠢的錯(cuò)誤。所購買的電阻是 0805 封裝，但是制作的測試電路板則是0603 封裝。沒有辦法，重新修改電路板再制作一塊實(shí)驗(yàn)電路板。

將原來的 0603 封裝的電阻修改成 0805 封裝。一分鐘之后，得到了新的電路板。下面對它進(jìn)行焊接。電路比較簡單，焊接很容易。QFN封裝的單片機(jī)應(yīng)用熱風(fēng)槍進(jìn)行焊接，下面開始對電路進(jìn)行上電測試。

好事多磨，現(xiàn)在使用 ST-LINK 無法訪問到 單片機(jī)。這就不好玩了，這樣無法進(jìn)行軟件測試了呀。這個(gè)電路實(shí)在是太簡單了，因此猜測在原來電路設(shè)計(jì)中，是直接把 BOOT0 連接到地線造成的影響。現(xiàn)在使用 一個(gè) ?10k歐姆把 BOOT0 接地。重新制版，焊接后測量，果然，現(xiàn)在可以訪問了。不過這就奇怪了，在其他單片機(jī)單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，直接到BOOT0 接地沒有問題的。不知道為什么在這里翻船了。

三、軟件測試

下載測試軟件，可以看到電路板開始運(yùn)行。下面將之前測試的程序，移植到現(xiàn)在的工程文件中。輸出鋸齒波，可以看到信號變化正常。

使用萬用表測量 DAC 在不同的設(shè)置下對應(yīng)的輸出電壓。記錄 100個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，DAC 輸出從 0 到 1023 變化。通過記錄的數(shù)據(jù)，來評估一下輸出DAC的特性。沒有對比，就沒有傷害，可以看到使用高精度電阻之后，輸出電壓與DAC之間的線性關(guān)系非常好。通過計(jì)算，可以知道，輸出電壓與線性擬合之間的誤差，在正負(fù)1.5mV 之內(nèi)。只有一個(gè)數(shù)據(jù)超過了這個(gè)誤差范圍。

▲ 圖1.3.1 DAC輸出與電壓

▲ 圖1.3.2 DAC的線性誤差

※ 總??結(jié) ※

本文測試了高精度電阻組成的梯形電阻 DAC 的性能。在輸出 3.3V的范圍內(nèi)，誤差在正負(fù)1.5mV 之內(nèi)。這比起前兩天使用普通電阻對應(yīng)的 28mV的誤差范圍來看，精度得到了很大的提高。在電路設(shè)計(jì)中，對于STM32F401單片機(jī)，不知道為何需要使用電阻將 BOOT0 連接到地線，直接連接ST-LINK 無法訪問單片機(jī)。不過后來，將 10k歐姆電阻替換成0歐姆，單片機(jī)也能夠被訪問了。所以，開始遇到的問題也許是其他的故障。