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基于14位D/A轉換器的高精度程控電流源
基于14位D/A轉換器的高精度程控電流源
 更新時間:2010-1-5 14:31:58  點擊數(shù):0
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   摘 要:介紹14D/A轉換芯片MAX7534,闡述了以其為核心組成高精度程控電流源的原理,通過其在電液執(zhí)行機構智能測量儀給定部分中的應用,給出了實用的硬件電路和軟件設計思路。
  關鍵詞:數(shù)模轉換芯片;程控電流源;硬件電路;
MAX7534

1MAX7534簡介
  MAX753414D/A芯片,其引腳排列如圖1所示。采用20DIP封裝;單1215V電源供電;輸出電流信號;低功耗,靜態(tài)時耗電<20nA;并行數(shù)據(jù)輸入雙緩沖方式,與8位單片機接口方便。


  MAX7534采用CMOS工藝制造,轉換速度快(D/A輸出建立時間最大1.5μs)。相對精度±1LSB;參考電壓輸入電阻10kΩ。
  當輸入數(shù)字量為D,參考電壓為VREF時,計算公式為
  

  上式中a1為最高有效位(MSB),a14為最低有效(LSB)。
  由于D/A輸出的模擬量為電流量,要通過一個反相輸入的運放才能轉換為模擬電壓輸出。所以,公式(1)變?yōu)?BR>  
  由式(3)可知,在參考電源一定時,MAX7534數(shù)字量輸入與模擬輸出電壓輸出關系如表1所示。


  MAX7534
引腳可分為三類。
  電源類邏輯電源VDD+1215V電源;數(shù)字地DGND和模擬地AGNDF和參考地AGNDS通常共地;REF為參考電壓輸入端,該端外接基準參考電壓10.000V;RFB為反饋電阻輸入端;VSS負電源端。
  模數(shù)信號類IOUT為模擬電流輸出端。D0D7為數(shù)字并行口。

為地址輸入端,不同地址邏輯選擇不同數(shù)據(jù)輸入位數(shù)。其輸入控制信號的邏輯關系如表2所示。


  

2MAX7534的基本連接
  MAX7534的單極性輸出基本連接如圖2所示。模擬地AGNDF、參考地AGNDS、VSS負電源和輸出運算放大器A1(+)端接模擬地;輸出IOUT
接輸出運算放大器A1(-)端;反饋電阻R2經輸出運算放大器A1的輸出端接MAX7534RFB。

3MAX7534實現(xiàn)程控電流源電路
  
在高精度電液執(zhí)行機構智能測量儀開發(fā)過程中,電液執(zhí)行機構要求測試儀通過程控電流源輸420mA的給定信號,再經過數(shù)據(jù)采集單元將閥體動作的反饋參量送回檢測系統(tǒng)。按檢測要求,本系統(tǒng)設置了五種工作模式:步進模式、任意給定模式、速度跟蹤模式、自保模式和傳輸模式,實現(xiàn)對以伺服放大器為核心的電液控制機構的性能測試。
3.1程控電流源設計
  根據(jù)高精度電液執(zhí)行機構智能測量儀的要求,綜合MAX7534的基本連接,在輸出部分設計一V/I轉換器即可滿足要求。V/I轉換器由運算放大器A2和達林頓晶體管組成。如圖3所示。


  
圖中二極管D1D4是為了防止運算放大器A2的輸出電壓在共模電壓范圍之外,D5免結型場效應管由于運算放大器A1的失調引起正偏。
3.2程控電流源原理
  上圖中,D/A輸出端IOUT的電流為
  

  
式中,R0為梯形電阻網絡輸出阻抗。
  由于IRFB為參考電壓VREF經反饋電阻R1在反饋端RFB的電流,其值為
  

  流過結型場效應管的電流IDS
  

式中,VD為二極管D1D4的正向壓降之和,VA為圖3A點電壓。電流源輸出的電流為
  

  
根據(jù)圖3可知,VA=VB,IOUT=IDS,解式(6)、(7)
  

是當D/A轉換器輸入D0時電流源的輸出電流。調節(jié)R1,使電流源在數(shù)字輸入D0時為4mA;調節(jié)電阻R3,使電流源在數(shù)字輸入D1時為20mA。
3.3軟件實現(xiàn)方法
  
根據(jù)上述分析,在電液執(zhí)行機構智能測量儀軟件設計時,按照測量儀步進模式計算出每步對應的數(shù)字輸出量D,由單片機分高6位和低8位兩次送給MAX7534后啟動轉換。這樣就得到高精度程控電流源。

4結束語
  筆者在DZ-1型電液執(zhí)行機構智能測量儀中利用MAX7534芯片設
計并實現(xiàn)了高精度程控電流源作為電液執(zhí)行機構的給定信號源,滿足了系統(tǒng)1.6‰的精度要求,取得了很好的效果。

參考文獻

1]楊振江,蔡德芳.新型集成電路使用指南與典型應用[M.西安電子科技大學出版社,2000.
2CD-ROM PRODUCTS DATA SHEETSZ.MAXIM Inc.,2003.

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