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行业静态

基于数字电位器的直流偏置技能

直流偏置源为电子有源器件或体系提供肯定的偏置电压,可普遍用于军事体系及民用产品以及特别行业,如煤油化工、航空航天等产业设计中。直流偏置技能的完成办法较多。本文依据直流偏置源使用的实践情况和要求,接纳工控机经过CAN通讯与微控制器举行及时数据传输,微控制器又经过SPI串行通讯控制数字电位器组合电路的办法完成偏置电压的输入。此办法噪声低、步进调治机动、精准度高,在实践使用中事情牢靠、波动,切合事情目标及要求。
1 电子体系中噪声的界说
噪声作为影响高精度电子设置装备摆设功能的次要要素,越来越遭到存眷。器件噪声的巨细间接影响着电子器件质量、牢靠性及敏捷度,同时也影响着其使用中电路或体系的全体功能和目标。噪声可以被界说为搅扰电子信号传输或通讯以及影响另一个信号丈量的非正常无害信号。
古代社会种种信号普遍掩盖,使得电路之间的信号搅扰愈加频仍,电磁兼容性(EMC)曾经成为在设计电路伊始必要重点留意的题目。一样平常思索在噪声源头接纳屏障及限定脉冲上升工夫,在吸收端限定须要带宽信号、接纳选频滤波器及电源去耦设计,在信号传输历程中消弭噪声耦合等办法以增加正常信号与噪声之间的搅扰和串扰。
2 直流偏置源的功能目标和设计准绳
在一样平常的电源设计电路中,不但必要思索电源输入电压的精度,还要思索输入电流的驱动才能。同时还要接纳肯定的滤波网络、磁珠断绝等办法举行滤波,全体思索电源及选用器件的噪声目标,选取符合且噪声低的器件是包管电路全体低噪声的紧张手腕。
2.1 偏置源的次要功能目标
直流偏置源的设计必要思索全体噪声目标和输入电压的精度以及电流的驱动才能。综合相干文献,并联合偏置源实践使用的体系要求,提出了以下关于直流偏置源的一些技能目标。
(1)输入电压范畴为0~5V。
(2)输入调治方法为可编程步进调治,步长2mV。
(3)输入电流为≥20mA。
2.2 设计遵照的几个原理
(1)由于器件容易遭到内部信号和噪声的搅扰,以是必要接纳肯定的屏障步伐。如偏置局部接纳屏障盒安置,体系信号毗连线接纳屏障线毗连,如许可无效制止内部电磁辐射对体系的搅扰。
(2)由于产业供电和市电等均为交换电,会从内部带入不用要的搅扰谐波,间接影响体系的噪声目标量级。在市电供电的情况下,对模仿局部的搅扰更为分明。签于以下情况,电路的模仿局部均接纳纯洁锂电池供电的方法以低落电路噪声。
(3)为包管被测器件参数的精准性,设置了偏置电压回采监测,直流偏置依照低噪声目的举行设计和完成。
(4)模块之间的断绝。一样平常电路设计中,由于数字局部对模仿局部噪声搅扰较大,须将从数字局部传输到模仿局部的信号举行光耦断绝,以避免数字局部的搅扰串入模仿局部。同时各组件内数字地和模仿地用磁珠毗连,各组件之间单点共地后接入大地。
(5)工控机局部接纳CAN通讯和微控制器完成数据传输,微控制器接纳SPI通讯和数字电位器完成数据传输。
基于以上设计准绳,直流偏置电路的总体布局如图1所示。

3 直流偏置源的硬件设计与完成
思索到偏置源使用的实践情况和目标要求,选用特定的器件来完成电路硬件设计。
3.1 微控制器模块的选择
C8051F系列单片机是美国Cygnal公司设计制造的混淆信号片上体系单片机,共次要模块包罗模仿外设、片内JTAG调试和界限扫描、高速控制器内核、数字外设等。
C8051F04x系列器件是真正能独立事情的片上体系(Soc),此系列器件具有以下根本功效:
(1)C8051F04x系列使用CIP-51的内核,与尺度8051内核完全兼容。
(2)C8051F04x系列的COP-51内核接纳流水线布局,与尺度8051布局相比,指令实行速率有较大进步。
(3)C8051F04x系列单片机在CIP-51内核的底子上增长了一些外设,因此进步了全体功能,使其更合适于实践使用。
(4)C8051F04x具有可编程I/O和交织开关,同时还具有所必要的SPI和CAN通讯。
基于以上C8051F04x所拥有的根本功效,此款微处置器完万能够满意直流偏置电路中MCU所需的数据收发通讯、电压回踩等要求。
3.2 电源模块的设计
3.2.1 锂电池电池组电路
直流偏置局部的锂电池供电+12V和-12V,电路如图2所示。

电源噪声不但影响本身电路设置装备摆设的正常事情,并且也使电源自己的牢靠性明显低落。联合这次研发项目标实践状况,由于直流偏置局部关于噪声目标要求较高,以是接纳可充电锂电池供电的办法来从源头上克制外来噪声的影响。
3.2.2 基准电压源电路
基准电压源发生尺度的+5V电压,使用数字电位器组合电路对其举行分压,以包管0~5V步进偏置电压的输入,基准电压源ADR445电路如图3所示。

起首在+12V输出端举行了LC滤波网络的设计,经过此网络的设计可无效低落噪声从源头上带入的影响。同时在ADR445芯片前的输出端接纳10μF电容可以进步线路电压瞬态功能,而在ADR445芯片的输出和输入端利用0.1μF电容则可以使其波动事情。ADR44x系列芯片具有一个TRIM引脚,该引脚容许用户可在肯定范畴内调解器件的输入电压。
直流偏置源为电子有源器件或体系提供肯定的偏置电压,可普遍用于军事体系及民用产品以及特别行业,如煤油化工、航空航天等产业设计中。直流偏置技能的完成办法较多。本文依据直流偏置源使用的实践情况和要求,接纳工控机经过CAN通讯与微控制器举行及时数据传输,微控制器又经过SPI串行通讯控制数字电位器组合电路的办法完成偏置电压的输入。此办法噪声低、步进调治机动、精准度高,在实践使用中事情牢靠、波动,切合事情目标及要求。
1 电子体系中噪声的界说
噪声作为影响高精度电子设置装备摆设功能的次要要素,越来越遭到存眷。器件噪声的巨细间接影响着电子器件质量、牢靠性及敏捷度,同时也影响着其使用中电路或体系的全体功能和目标。噪声可以被界说为搅扰电子信号传输或通讯以及影响另一个信号丈量的非正常无害信号。
古代社会种种信号普遍掩盖,使得电路之间的信号搅扰愈加频仍,电磁兼容性(EMC)曾经成为在设计电路伊始必要重点留意的题目。一样平常思索在噪声源头接纳屏障及限定脉冲上升工夫,在吸收端限定须要带宽信号、接纳选频滤波器及电源去耦设计,在信号传输历程中消弭噪声耦合等办法以增加正常信号与噪声之间的搅扰和串扰。
2 直流偏置源的功能目标和设计准绳
在一样平常的电源设计电路中,不但必要思索电源输入电压的精度,还要思索输入电流的驱动才能。同时还要接纳肯定的滤波网络、磁珠断绝等办法举行滤波,全体思索电源及选用器件的噪声目标,选取符合且噪声低的器件是包管电路全体低噪声的紧张手腕。
2.1 偏置源的次要功能目标
直流偏置源的设计必要思索全体噪声目标和输入电压的精度以及电流的驱动才能。综合相干文献,并联合偏置源实践使用的体系要求,提出了以下关于直流偏置源的一些技能目标。
(1)输入电压范畴为0~5V。
(2)输入调治方法为可编程步进调治,步长2mV。
(3)输入电流为≥20mA。
2.2 设计遵照的几个原理
(1)由于器件容易遭到内部信号和噪声的搅扰,以是必要接纳肯定的屏障步伐。如偏置局部接纳屏障盒安置,体系信号毗连线接纳屏障线毗连,如许可无效制止内部电磁辐射对体系的搅扰。
(2)由于产业供电和市电等均为交换电,会从内部带入不用要的搅扰谐波,间接影响体系的噪声目标量级。在市电供电的情况下,对模仿局部的搅扰更为分明。签于以下情况,电路的模仿局部均接纳纯洁锂电池供电的方法以低落电路噪声。
(3)为包管被测器件参数的精准性,设置了偏置电压回采监测,直流偏置依照低噪声目的举行设计和完成。
(4)模块之间的断绝。一样平常电路设计中,由于数字局部对模仿局部噪声搅扰较大,须将从数字局部传输到模仿局部的信号举行光耦断绝,以避免数字局部的搅扰串入模仿局部。同时各组件内数字地和模仿地用磁珠毗连,各组件之间单点共地后接入大地。
(5)工控机局部接纳CAN通讯和微控制器完成数据传输,微控制器接纳SPI通讯和数字电位器完成数据传输。
基于以上设计准绳,直流偏置电路的总体布局如图1所示。

3 直流偏置源的硬件设计与完成
思索到偏置源使用的实践情况和目标要求,选用特定的器件来完成电路硬件设计。
3.1 微控制器模块的选择
C8051F系列单片机是美国Cygnal公司设计制造的混淆信号片上体系单片机,共次要模块包罗模仿外设、片内JTAG调试和界限扫描、高速控制器内核、数字外设等。
C8051F04x系列器件是真正能独立事情的片上体系(Soc),此系列器件具有以下根本功效:
(1)C8051F04x系列使用CIP-51的内核,与尺度8051内核完全兼容。
(2)C8051F04x系列的COP-51内核接纳流水线布局,与尺度8051布局相比,指令实行速率有较大进步。
(3)C8051F04x系列单片机在CIP-51内核的底子上增长了一些外设,因此进步了全体功能,使其更合适于实践使用。
(4)C8051F04x具有可编程I/O和交织开关,同时还具有所必要的SPI和CAN通讯。
基于以上C8051F04x所拥有的根本功效,此款微处置器完万能够满意直流偏置电路中MCU所需的数据收发通讯、电压回踩等要求。
3.2 电源模块的设计
3.2.1 锂电池电池组电路
直流偏置局部的锂电池供电+12V和-12V,电路如图2所示。

电源噪声不但影响本身电路设置装备摆设的正常事情,并且也使电源自己的牢靠性明显低落。联合这次研发项目标实践状况,由于直流偏置局部关于噪声目标要求较高,以是接纳可充电锂电池供电的办法来从源头上克制外来噪声的影响。
3.2.2 基准电压源电路
基准电压源发生尺度的+5V电压,使用数字电位器组合电路对其举行分压,以包管0~5V步进偏置电压的输入,基准电压源ADR445电路如图3所示。

起首在+12V输出端举行了LC滤波网络的设计,经过此网络的设计可无效低落噪声从源头上带入的影响。同时在ADR445芯片前的输出端接纳10μF电容可以进步线路电压瞬态功能,而在ADR445芯片的输出和输入端利用0.1μF电容则可以使其波动事情。ADR44x系列芯片具有一个TRIM引脚,该引脚容许用户可在肯定范畴内调解器件的输入电压。

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