如何在Python或MATLAB環(huán)境中使用ACE快速評估數據轉換器

發(fā)布時(shí)間:2023-2-14 17:58    發(fā)布者:eechina
關(guān)鍵詞: 數據轉換器 , AD7380 , AD7606C , ADC
作者:ADI產(chǎn)品應用工程師Lluis Beltran Gil

摘要

評估板(EVB)及其配套軟件具有即插即用功能,可輕松評估ADI產(chǎn)品的性能。其圖形用戶(hù)界面(GUI)提供了直觀(guān)的方式,可進(jìn)行手動(dòng)配置并與該設備通信。但是,在更復雜的產(chǎn)品中,如果不能自動(dòng)處理這些重復性任務(wù),那么在評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)復雜的軟件控制器代碼,也能在Python®和MATLAB®環(huán)境中使用宏來(lái)自動(dòng)處理某些評估任務(wù)。本文以ADI的AD7380和AD7606C-16為例自動(dòng)處理所有用戶(hù)交互,用于掃描不同的配置,發(fā)起轉換,然后導出結果。通過(guò)使用這些示例,來(lái)自動(dòng)評估過(guò)采樣數字濾波器帶給模數轉換器(ADC)的性能優(yōu)勢。雖然本文著(zhù)重介紹AD7380和AD7606C-16,但文中的信息也適用于A(yíng)DI的其他產(chǎn)品和應用。

簡(jiǎn)介

ADI提供了一些方法來(lái)輕松評估每次發(fā)布的新產(chǎn)品及其可實(shí)現的性能和特性。首先,我們的評估板由印刷電路板(PCB)(集成主要器件,例如ADC)和所需的配套產(chǎn)品(例如基準電壓源、驅動(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)現的實(shí)際性能。它展示了使用該平臺可以獲得的真實(shí)數據。在過(guò)去幾年中,ACE軟件1平臺一直用于此目的。

在A(yíng)CE平臺中,每個(gè)產(chǎn)品都有一個(gè)插件,通過(guò)簡(jiǎn)潔明了的GUI訪(fǎng)問(wèn)設備寄存器映射,從而簡(jiǎn)化了設備配置。

在A(yíng)DC示例中,ACE通常以波形或直方圖的形式顯示原始數據,并通過(guò)FFT計算AC性能指標,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。


圖1.評估板的硬件和軟件交互框圖,包括ACE與Python/MATLAB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允許選擇內部或外部基準電壓源
2.        OSC可以啟用過(guò)采樣,并設置過(guò)采樣率


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)按鈕用深藍色突出顯示,可用于:
1.        通過(guò)單擊PGA符號選擇每個(gè)通道的模擬輸入范圍
2.        選擇內部或外部基準電壓源
3.        選擇過(guò)采樣率
4.        配置偏置/增益/相位校準功能
5.        配置診斷


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(zhù)產(chǎn)品日益變得復雜,添加的功能越來(lái)越多(例如診斷、校準等),手動(dòng)測試所有這些功能也會(huì )變得更加復雜和繁瑣。ACE遠程控制能夠設置或掃描參數,例如,掃描過(guò)采樣率和測量噪聲性能的改善程度。

設置ACE遠程控制

在開(kāi)始編寫(xiě)遠程控制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,前往設置
2.        找到IPC服務(wù)器選項卡,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


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中藍色高亮顯示區域中圖標右側的記錄宏命令按鈕。
3.        開(kāi)始執行設備交互,例如更改參數、向存儲器映射中的寄存器輸入值、捕捉數據等。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(hù)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。


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)程序導出到一個(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,以重復之前執行過(guò)的步驟。ACE有一個(gè)內置功能,可以生成腳本,按照所選的受支持的語(yǔ)言執行記錄的操作。所以,按照之前的列表,接下來(lái)的步驟是:
1.        點(diǎn)擊圖5中藍色高亮顯示區域右側的生成圖標,打開(kāi)腳本生成器窗口。
2.        從C#、MATLAB或Python中選擇所需的語(yǔ)言,然后點(diǎn)擊導出。

之后,可以將該代碼導入IDE中執行。以這段代碼為基礎,添加額外的功能,例如儀器控制,構建自動(dòng)測試臺,以獲取測量結果。2接下來(lái)的章節中顯示的示例使用Visual Studio Code或MATLAB,這些示例僅使用產(chǎn)品評估板來(lái)執行噪聲分析,不使用任何額外的設備。如需查找用于管理、存儲或對收集到的數據進(jìn)行繪制的代碼示例,如接下來(lái)的幾個(gè)章節所示,請訪(fǎng)問(wèn)wiki.analog.com并搜索相關(guān)的評估板。


圖6.使用Python語(yǔ)言的ACE代碼生成編輯器

使用Python自動(dòng)處理評估任務(wù)

上一節中生成的.py文件可用于輕松啟用和重復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A(yíng)D7380 ACE插件中設置了過(guò)采樣率和分辨率,對生成的宏進(jìn)行了編輯,以便使用輸入參數,如圖7所示。注意,默認情況下,這些宏被稱(chēng)為execute_macro(),但可以將這個(gè)名稱(chēng)更改為更具描述性的名稱(chēng)。


圖7.編輯Python函數,以便使用輸入參數

這些宏現在可以在內部調用實(shí)現循環(huán),掃描過(guò)采樣率值,顯示噪聲性能如何隨著(zhù)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。


圖8.這些指令用于實(shí)現循環(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(fǎng)問(wèn)導出的數據文件,讀取ACE插件測量的SNR數據,并通過(guò)串行監控器報告數據。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,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)處理評估任務(wù)

與Python示例一樣,自動(dòng)生成的代碼也可以導出用于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,但可以對宏進(jìn)行編輯,以便使用輸入參數。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)輕松評估AD7606C-16的過(guò)采樣優(yōu)勢。圖9顯示一個(gè)MATLAB函數,經(jīng)過(guò)編輯后可以使用多種參數,例如吞吐量、樣本數量、接口類(lèi)型(串行或并行)、基準電壓源(內部或外部)、過(guò)采樣率、數字走線(xiàn)數量或模擬輸入范圍。


圖9.編輯MATLAB函數,以便使用輸入參數

這個(gè)特定函數可以在主代碼中使用,以快速啟用不同配置的數據采集,輕松執行多個(gè)AD7606C-16指標比較,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
►        內部基準電壓源與外部基準電壓源
►        串行接口與并行接口等等。

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

您可以訪(fǎng)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據的示例。OversamplingSweep.m示例掃描過(guò)采樣率,針對每個(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


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(高達256個(gè))。

結論

新型ACE平臺可作為新評估板的軟件框架,由于能夠記錄宏,對于希望加快ADI產(chǎn)品評估工作速度的硬件設計人員來(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)現測試自動(dòng)化。自動(dòng)處理這些任務(wù)反過(guò)來(lái)又會(huì )加快產(chǎn)品評估和選型,幫助加快上市時(shí)間,縮短硬件設計周期。有關(guān)此主題和其他主題,可訪(fǎng)問(wèn)EngineerZone™獲取更多支持,也可訪(fǎng)問(wèn)wiki.analog.com,獲取更多遠程控制示例。

參考資料
1 “分析 | 控制 | 評估(ACE)軟件!盇DI公司
2  “AD5791 ACE遠程控制!盇DI公司,2020年2月。
3 Jonathan Colao!斑m用于微型電機驅動(dòng)應用的快速反應、光學(xué)編碼器反饋系統!蹦M對話(huà),第54卷第2期,2020年4月。
4  “AD7606B/C ACE遠程控制!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,擔任利默里克精密轉換器部的應用工程師。目前,Lluis就職于儀器儀表事業(yè)部SAR ADC應用團隊,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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