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基于14位D/A转换器的高精度程控电流源

基于14位D/A转换器的高精度程控电流源

作者:jdzj868 来源:机电之家下载站录入:jdzj868 更新时间：2010-1-5 14:31:58 点击数：0

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摘　要：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

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。

　　MAX7534采用CMOS工艺制造，转换速度快(D/A输出建立时间最大1.5μs)。相对精度±1LSB；参考电压输入电阻10kΩ。
　　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。

　　MAX7534引脚可分为三类。
　　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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2MAX7534的基本连接
　　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。

3MAX7534实现程控电流源电路
　　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。

　　图中二极管D1～D4是为了防止运算放大器A2的输出电压在共模电压范围之外，D5避免结型场效应管由于运算放大器A1的失调引起正偏。
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
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　　流过结型场效应管的电流IDS为
　　 
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。