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

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)需開發(fā)復(fù)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(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，ACE軟件1平臺(tái)一直用于此目的。

在ACE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，ACE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)行軟件開發(fā)自動(dòng)處理所有這些程序。

圖1.評(píng)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(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

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

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

在開始編寫遠(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

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。

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(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。

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。

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。

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

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。

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

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。