DAC 기반 커스텀 PCB로 고정밀 파형 생성하기

DAC 기반 커스텀 PCB로 고정밀 파형 생성하기

이 가이드에서는 C8051F360 마이크로컨트롤러와 Analog Devices TxDAC를 사용해 빠르고 정확한 임의 파형을 제공하는 펌웨어와 하드웨어 설계를 안내합니다.

프로젝트 개요

보드는 C8051F360 MCU와 TxDAC DAC를 중심으로 구성됩니다. 두 IC는 병렬 버스로 통신하며, MCU의 100MHz 코어 클럭 한계까지 DAC 업데이트 속도를 밀어붙일 수 있습니다.

이전 글에서 회로도, 부품 선정, PCB 레이아웃을 다뤘습니다. 이 글은 메모리에서 DAC로 데이터를 이동시키는 펌웨어 프레임워크에 초점 맞춰 안정적이고 고정밀한 인터페이스를 보장합니다.

설계 목표

• 고정밀 타이밍 – AWG가 수학적 파형과 최소 지터로 일치하는 신호 생성.
• 프로세서 효율성 – 펌웨어가 다른 작업과 동시 실행돼 MCU 반응성 유지.
• 최대 속도 – 최소 10MHz 샘플링 목표, 1~2MHz 대역 사용 가능 신호 산출.

샘플링 전략

보드는 ±50ppm 안정성의 MEMS 오실레이터 사용. 펌웨어는 프로그래머블 카운터 어레이(PCA)로 DAC용 500kHz 레퍼런스 클록 생성.

설정은 Silicon Labs Config2 유틸리티로 수행. C8051F360은 Simplicity Studio 내장 도구 미지원.

주요 PCA 설정:

/* PCA 활성화; 타임 베이스 시스템 클럭(10MHz) 설정 */
PCA0MD = 0x01; // PCA 활성화
PCA0CPM0 = 0x40; // 타이머 모드, 에지 트리거
PCA0CPH0 = 0x00; // 비교 값 상위 바이트
PCA0CPL0 = 0x01; // 비교 값 하위 바이트 (500kHz)

Tektronix MDO3104 오실로스코프 측정 결과 500kHz 클록, 50% 듀티 사이클 확인. 주파수 표준편차 13.54Hz(0.0027%), 듀티 사이클 2.117×10⁻³(0.0042%). 히스토그램 분석으로 지터 무시 가능 수준 확인.

데이터 업데이트 동기화

DAC 업데이트를 클록과 정렬하기 위해 500kHz 사각파 하강 에지로 /INT0 트리거. DAC는 상승 에지에서 데이터 래치하므로 하강 에지 업데이트로 안정적 데이터 보장.

외부 인터럽트 0을 핀 P0.7에 하강 에지 감도, 최고 우선순위로 설정.

인터럽트 서비스 루틴

모든 데이터 전송은 /INT0 ISR 내부에서 발생. 프로세서를 다른 작업에 자유롭게 두는 최소 루틴:

SI_INTERRUPT(INT0_ISR, INT0_IRQn) {
    DAC_WORD--;
}

여기서 DAC_WORD는 포트 P2의 #define 별칭. 단일 감소 명령어로 0에서 255로 랩어라운드하는 선형 램프 생성, 톱니 파형 생산. DAC의 반전 출력 증폭기가 전압을 반전시키므로 아날로그 램프는 증가하는 것처럼 보입니다.

검증

펌웨어 실행으로 깨끗한 램프 파형 생성. 오실로스코프 트레이스로 5V 피크-피크 진폭의 안정적인 1kHz 램프 확인, 올바른 타이밍과 데이터 처리 입증.

더 높은 샘플링 레이트(최대 10MHz) 추가 테스트로 MCU가 다른 작업으로 바쁜 동안 멀티-MHz 파형 생성 능력 입증.

회로도, 부품 선정, PCB 레이아웃에 대한 더 깊은 내용은 이 시리즈의 동반 포스트 참조.

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