基于14位D/A轉(zhuǎn)換器的高精度程控電流源設(shè)計
[導(dǎo)讀]介紹14位D/A轉(zhuǎn)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(gòu)智能測量儀給定部分中的應(yīng)用，給出了實用的硬件電路和軟件設(shè)計思路。
關(guān)鍵詞：數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片；程控電流源；硬件
介紹14位D/A轉(zhuǎn)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(gòu)智能測量儀給定部分中的應(yīng)用，給出了實用的硬件電路和軟件設(shè)計思路。
關(guān)鍵詞：數(shù)模轉(zhuǎn)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)
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(shù)據(jù)輸入雙緩沖方式，與8位單片機接口方便。
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(shù)據(jù)輸入雙緩沖方式，與8位單片機接口方便。
當(dāng)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(zhuǎn)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(guān)系如表1所示。
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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(zhuǎn)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(guān)系如表1所示。
?、?電源類邏輯電源VDD接+12～15V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。
② 模數(shù)信號類IOUT為模擬電流輸出端。D0～D7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(guān)系如表2所示。
② 模數(shù)信號類IOUT為模擬電流輸出端。D0～D7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(guān)系如表2所示。
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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(jīng)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(gòu)智能測量儀開發(fā)過程中，電液執(zhí)行機構(gòu)要求測試儀通過程控電流源輸出4～20mA的給定信號，再經(jīng)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(shè)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(gòu)的性能測試。
3.1程控電流源設(shè)計
根據(jù)高精度電液執(zhí)行機構(gòu)智能測量儀的要求，綜合MAX7534的基本連接，在輸出部分設(shè)計一個V/I轉(zhuǎn)換器即可滿足要求。V/I轉(zhuǎn)換器由運算放大器A2和達林頓晶體管組成。如圖3所示。
3.1程控電流源設(shè)計
根據(jù)高精度電液執(zhí)行機構(gòu)智能測量儀的要求，綜合MAX7534的基本連接，在輸出部分設(shè)計一個V/I轉(zhuǎn)換器即可滿足要求。V/I轉(zhuǎn)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(wǎng)絡(luò)輸出阻抗。
由于IRFB為參考電壓VREF經(jīng)反饋電阻R1在反饋端RFB的電流，其值為
?
流過結(jié)型場效應(yīng)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(jù)圖3可知，VA=VB，IOUT=IDS，解式(6)、(7)
是當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換器輸入D全0時電流源的輸出電流。調(diào)節(jié)R1，使電流源在數(shù)字輸入D全0時為4mA；調(diào)節(jié)電阻R3，使電流源在數(shù)字輸入D全1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(gòu)智能測量儀軟件設(shè)計時，按照測量儀步進模式計算出每步對應(yīng)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(zhuǎn)換。這樣就得到高精度程控電流源。??
上圖中，D/A輸出端IOUT的電流為
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式中，R0為梯形電阻網(wǎng)絡(luò)輸出阻抗。
由于IRFB為參考電壓VREF經(jīng)反饋電阻R1在反饋端RFB的電流，其值為
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流過結(jié)型場效應(yīng)管的電流IDS為
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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
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根據(jù)圖3可知，VA=VB，IOUT=IDS，解式(6)、(7)
是當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換器輸入D全0時電流源的輸出電流。調(diào)節(jié)R1，使電流源在數(shù)字輸入D全0時為4mA；調(diào)節(jié)電阻R3，使電流源在數(shù)字輸入D全1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(gòu)智能測量儀軟件設(shè)計時，按照測量儀步進模式計算出每步對應(yīng)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(zhuǎn)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(gòu)智能測量儀中利用MAX7534芯片設(shè)計并實現(xiàn)了高精度程控電流源作為電液執(zhí)行機構(gòu)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。?
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