基于14位D/A轉換器的高精度程控電流源設計

時間：2012-07-29 21:41:09

關鍵字：電流源設計程控高精度 D/A轉換器

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[導讀]介紹14位D/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：數模轉換芯片；程控電流源；硬件

介紹14位D/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：數模轉換芯片；程控電流源；硬件電路；MAX7534

High?precision Programmable Current Source Based on 14 bit DAC

ZHOU Zheng

(Dept. of Electrical Engineering, Lanzhou Higher Polytechnic College,
Lanzhou 730050, China)

　　Key words: D/A converter; programmable current source; hardware circuit; MAX7534

1MAX7534簡介
　　MAX7534是14位D/A芯片，其引腳排列如圖1所示。采用20腳DIP封裝；單12～15V電源供電；輸出電流信號；低功耗，靜態(tài)時耗電＜20nA；并行數據輸入雙緩沖方式，與8位單片機接口方便。

　　當輸入數字量為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為最低有效位(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數字量輸入與模擬輸出電壓輸出關系如表1所示。

　?、?電源類邏輯電源VDD接+12～15V電源；數字地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。
　?、?模數信號類IOUT為模擬電流輸出端。D0～D7為數字并行口。
為地址輸入端，不同地址邏輯選擇不同數據輸入位數。其輸入控制信號的邏輯關系如表2所示。

　　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的(+)端接模擬地；輸出IOUT接輸出運算放大器A1的(-)端；反饋電阻R2經輸出運算放大器A1的輸出端接MAX7534的RFB。

　　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出4～20mA的給定信號，再經過數據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，在輸出部分設計一個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。

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為
　　 ?
式中，VD為二極管D1～D4的正向壓降之和，VA為圖3中A點電壓。電流源輸出的電流為
　　?
　　根據圖3可知，VA=VB，IOUT=IDS，解式(6)、(7)
　　

是當D/A轉換器輸入D全0時電流源的輸出電流。調節(jié)R1，使電流源在數字輸入D全0時為4mA；調節(jié)電阻R3，使電流源在數字輸入D全1時為20mA。
3.3軟件實現方法
　　根據上述分析，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。??

　　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。?