實驗二　ispPAC 10在Single－Ended中的應(yīng)用

一、實驗?zāi)康?/p>

1．通過本實驗掌握PAC－Designer軟件的使用方法。

2．了解ispPAC 10器件單端輸入的應(yīng)用。

二、實驗儀器

1．示波器

2．萬用表

三、實驗原理

本實驗扼要地介紹了ispPAC 10器件當(dāng)用在輸入和輸出級與單端信號進行接口的能力。ispPAC 10有8個差分儀表放大器。最大輸入信號范圍和其相應(yīng)的共模電壓范圍都是輸入增益設(shè)置的函數(shù)。最大輸入電壓乘以單個單元的增益不能超過該單元的輸出范圍，否則將出現(xiàn)限幅。最大保證輸入范圍為1V至4V，當(dāng)電源電壓為5．0V時，其容差為0．3V。

單端信號可以被連接到ispPAC 10的輸入，并且一半的差分輸出可以用來驅(qū)動單端負載。所以，除了全差分輸入和輸出的特點外，僅僅輸入或者僅僅輸出或者兩者都可以用于單端應(yīng)用系統(tǒng)。對于那些同時擁有單端通路和差分信號通路的系統(tǒng)，ispPAC 10能很容易與這兩種類型電路接口。為了讓ispPAC 10差分輸入與單端信號接口，其中一個差分輸入需要連接到一個DC偏置上，最好是2．5V的VREFOUT信號。輸入信號必須要么是AC耦合的，要么是有一個DC偏置，該偏置相當(dāng)于其他輸入的DC水平。既然輸入電壓被定義為VIN（VIN＋－VIN－），可以忽略共模電平。如果輸入信號電平接近2．5V，那么它可以直接連接到ispPAC 10輸入。如果DC電平不接近2．5V，則必須添加一個偏置電路來調(diào)整DC電平到2．5V?？梢杂靡粋€簡單的阻抗排列來偏置一個信號到2．5V（圖5－113）。

圖5－113　偏置電路

注意：若公式5．2－1所示，輸入信號被衰減。對于AC耦合的那些信號，ispPAC 10輸入需要一個2．5V的DC偏置。一個簡單的偏置網(wǎng)絡(luò)可以由兩個電阻器和耦合電路（圖5－115）中的電容器組成。此網(wǎng)絡(luò)形成一個高通濾波器，截止頻率為（1／2πRC）。DC參考應(yīng)當(dāng)?shù)扔赩S／2（＋2．5V）?？梢允褂肰_REFOUT或者一個不用的PACblock的輸出。當(dāng)使用V_REFOUT引腳時，電阻器的阻值應(yīng)當(dāng)?shù)扔?00K或者更大一些。如果使用一個PACblock的輸出，這些電阻器的阻值可以很小，小到600。

圖5－114　交流雙端輸入

對于需要單向輸出的那些應(yīng)用場合，只使用一半的差分輸出對。輸出對的另一個輸出應(yīng)當(dāng)讓其開路。如果不使用可選的CMVIN引腳的話，輸出的DC電平將為2．5V。如果負載不是AC耦合，它將下拉一個恒定電流。使用一個差分輸出可以把供用的輸出電壓擺動（3 V_pp對6 V_pp）減半。既然不管是差分式還是單向，輸出電流是不變的，所以單個輸出作為一個差分輸出，它能驅(qū)動兩倍負載（300對600或者2 000pF對1 000pF）。如果負載要求DC電流，那么供用給電壓擺動的數(shù)量要減少。輸出電流能達到10mA，所以任意一個DC直流提高了供用的最小負載阻抗。

當(dāng)用傳統(tǒng)運算放大器與其他電路接口時，很容易把一個ispPAC 10的差分輸出信號轉(zhuǎn)換為用一個標(biāo)準(zhǔn)差分放大器配置（圖5－115所示的）的單端信號。

當(dāng)輸出用做單端時，性能上有些降低，主要是輸出偏移。因為是差分結(jié)構(gòu)，所以從輸入到輸出，“共?！逼坪驼`差受到了抑制。當(dāng)輸出用做單端時，與輸出級有關(guān)的共模誤差不能被取消掉。DC偏移V_OUT＋或者是V_OUT－與V_REFOUT有15mV的偏差?？偠灾?，ispPAC 10的差分結(jié)構(gòu)有助于減小與共模信號有關(guān)的噪聲。

圖5－115　ispPAC 10驅(qū)動差分放大器

四、實驗內(nèi)容

1．從PC機到實驗箱的并行接口處連接好25針的并行線，接入＋5V電源到V_CC插孔（在25針并行接口處下方），此時電源指示燈亮，這樣就可以下載自己設(shè)計的原理圖。連接好isp－PAC 10跳線，不輸入任何信號和下載空原理圖，用數(shù)字萬用表測量輸出電壓OUTx＋、OUTx－（x＝1或2、3、4），理論上OUTx＋＝OUTx－＝2．5V，差模電壓OUTx＝0V，記錄所測數(shù)據(jù)。

2．設(shè)計一個IN1＋、IN1－輸入，IA1＝2整個增益為2，輸出為OUT1原理圖下載到isp－PAC 10器件中。

3．用直流信號源作為信號輸入

（1）若信號為＋1V－＋4V，可直接相連，如下圖所示接口電路，在這里輸入3V的直流電壓，用萬用表測量OUT1＋，OUT1－，IN1＋，IN1－記錄所測數(shù)據(jù)，并計算出差模電壓OUT1、IN1并比較放大效果。

（2）若輸入信號不在＋1V～＋4V范圍內(nèi)，可用偏置電壓如圖－113所示電路，一般V_Bias為2．5V，用公式5．2－1計算使V_IN＋在＋1V～＋4V范圍內(nèi)。在這里輸入12V的直流電壓，我們設(shè)置R₁＝47K，R₂＝10K已滿足條件，用萬用表測量OUT1＋，OUT1－，IN1＋，IN1－記錄所測數(shù)據(jù)，并計算出差模電壓OUT1、IN1并比較放大效果。

4．從信號發(fā)生器中調(diào)節(jié)1kHz的正弦波作為輸入信號，輸入信號之前需接入接口電路：

（1）若交流信號源峰峰電壓值小于3V，接口電路如實驗一圖5－112所示接口電路不需要R₁電阻即通過電容直接輸入IN1＋，R₂保持不變，用示波器觀察效果。

（2）若交流信號源峰峰電壓值大于等于3V，我們設(shè)計輸入信號的峰峰值在30V以內(nèi)，接口電路如實驗一圖5－112所示連線，使IN1＋的電壓在＋1V～＋4V范圍內(nèi)，即加上了偏置電路，用示波器觀察效果，更大時自行設(shè)計。

圖5－116