基于14位D/A转换器的高精度程控电流源

只看该作者 · 2018-1-9 18:16

基于14位D/A转换器的高精度程控电流源

介绍14位D/A转换芯片MAX7534，阐述了以其为核心组成高精度程控电流源的原理，通过其在电液执行机构智能测量仪给定部分中的应用，给出了实用的硬件电路和软件设计思路。
　　关键词：数模转换芯片；程控电流源；硬件电路；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简介
　　MAX7534是14位D/A芯片，其引脚排列如图1所示。采用20脚DIP封装；单12～15V电源供电；输出电流信号；低功耗，静态时耗电＜20nA；并行数据输入双缓冲方式，与8位单片机接口方便。

　　当输入数字量为D，参考电压为VREF时，计算公式为
　　

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　　上式中a1为最高有效位(MSB)，a14为最低有效位(LSB)。
　　由于D/A输出的模拟量为电流量，要通过一个反相输入的运放才能转换为模拟电压输出。所以，公式(1)变为
　　?
　　由式(3)可知，在参考电源一定时，MAX7534数字量输入与模拟输出电压输出关系如表1所示。

　　① 电源类逻辑电源VDD接+12～15V电源；数字地DGND和模拟地AGNDF和参考地AGNDS通常共地；REF为参考电压输入端，该端外接基准参考电压10.000V；RFB为反馈电阻输入端；VSS负电源端。
　　② 模数信号类IOUT为模拟电流输出端。D0～D7为数字并行口。
为地址输入端，不同地址逻辑选择不同数据输入位数。其输入控制信号的逻辑关系如表2所示。

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　　MAX7534的单极性输出基本连接如图2所示。模拟地AGNDF、参考地AGNDS、VSS负电源和输出运算放大器A1的(+)端接模拟地；输出IOUT接输出运算放大器A1的(-)端；反馈电阻R2经输出运算放大器A1的输出端接MAX7534的RFB。
　　在高精度电液执行机构智能测量仪开发过程中，电液执行机构要求测试仪通过程控电流源输出4～20mA的给定信号，再经过数据采集单元将阀体动作的反馈参量送回检测系统。按检测要求，本系统设置了五种工作模式：步进模式、任意给定模式、速度跟踪模式、自保模式和传输模式，实现对以伺服放大器为核心的电液控制机构的性能测试。
3.1程控电流源设计
　　根据高精度电液执行机构智能测量仪的要求，综合MAX7534的基本连接，在输出部分设计一个V/I转换器即可满足要求。V/I转换器由运算放大器A2和达林顿晶体管组成。如图3所示。

3.2程控电流源原理
　　上图中，D/A输出端IOUT的电流为
　　

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　　式中，R0为梯形电阻网络输出阻抗。
　　由于IRFB为参考电压VREF经反馈电阻R1在反馈端RFB的电流，其值为
　　?
　　流过结型场效应管的电流IDS为
　　

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式中，VD为二极管D1～D4的正向压降之和，VA为图3中A点电压。电流源输出的电流为
　　

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　　根据图3可知，VA=VB，IOUT=IDS，解式(6)、(7)
　　

是当D/A转换器输入D全0时电流源的输出电流。调节R1，使电流源在数字输入D全0时为4mA；调节电阻R3，使电流源在数字输入D全1时为20mA。
3.3软件实现方法
　　根据上述分析，在电液执行机构智能测量仪软件设计时，按照测量仪步进模式计算出每步对应的数字输出量D，由单片机分高6位和低8位两次送给MAX7534后启动转换。这样就得到高精度程控电流源。
　　笔者在DZ-1型电液执行机构智能测量仪中利用MAX7534芯片设计并实现了高精度程控电流源作为电液执行机构的给定信号源，满足了系统1.6‰的精度要求，取得了很好的效果。