基于ARM的高分辨率壓電陶瓷驅(qū)動電源
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在硬件電路設(shè)計中，由于AD5781采用的精密架構(gòu)，要求強(qiáng)制檢測緩沖其電壓基準(zhǔn)輸入，確保達(dá)到規(guī)定的線性度。因此選擇用于緩沖基準(zhǔn)輸入的放大器應(yīng)具有低噪聲、低溫漂和低輸入偏置電流特性。這里選用AD8676，AD8676是一款超精密、36 V、2．8 nV／
雙通道運算放大器，具有0．6μV／℃低失調(diào)漂移和2 nA輸入偏置電流，因而能為AD5781提供精密電壓基準(zhǔn)。通過下拉電阻將AD5781的CLR和LDAC引腳電平拉低，用于設(shè)置AD5781為DAC二進(jìn)制寄存器編碼格式和配置輸出在SYNC的上升沿更新。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201610/306027.htm
在ARM端的軟件設(shè)計中，除正確配置AD5781的相關(guān)寄存器外，還應(yīng)正確配置SPI的時鐘相位、時鐘極性和通信模式。正確的SPI接口時序配置圖如圖3所示。
3 高壓線性放大電路設(shè)計
本文壓電驅(qū)動電源采用直流放大原理，通過高壓線性放大電路得到0～100 V連續(xù)可調(diào)的直流電壓驅(qū)動壓電陶瓷。放大電路決定著電源輸出電壓的分辨率和線性度，是整個電源的關(guān)鍵。
3．1 經(jīng)典線性放大電路設(shè)計
放大電路采用美國APEX公司生產(chǎn)的高壓運算放大器PA78作為主芯片。PA78的輸入失調(diào)電壓為8mV，溫漂-63V／℃，轉(zhuǎn)換速率350 V／μs，輸入阻抗108Ω，輸出阻抗44 Ω，共模抑制比118 dB?；赑A78的線性放大電路設(shè)計如圖4所示。配置PA78為正向放大器，放大倍數(shù)為Gain= 1+R2／R1，得到輸出電壓范圍為0～100 V。
如果運放兩個輸入端上的電壓均為0 V，則輸出端電壓也應(yīng)該等于0 V。但事實上，由于放大器制造工藝的原因，不可避免地造成同相和反相輸入端的不匹配，使輸出端總有一些電壓，該電壓稱為失調(diào)電壓。失調(diào)電壓隨著溫度的變化而改變，這種現(xiàn)象被稱為溫度漂移(溫漂)，溫漂的大小隨時間而變化。PA78的失調(diào)電壓和溫漂分別為8 mV、-63 V／℃，并且失調(diào)電壓和溫漂都是隨機(jī)的，使PA78無法應(yīng)用于毫伏級分辨率的電壓輸出，需要對放大電路進(jìn)行改進(jìn)。
3．2 放大電路的改進(jìn)
這里將PA78視為被控對象G(S)，將失調(diào)電壓和溫漂視為擾動N(S)，這樣就把提高放大器輸出電壓精度轉(zhuǎn)化成減小控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差的控制器設(shè)計的問題。在控制器的設(shè)計中常用的校正方法有串聯(lián)校正和反饋校正兩種。一般來說反饋校正所需的元件數(shù)少、電路簡單。但是在高壓放大電路中，反饋信號是由PA78的輸出級提供。反饋信號的功率較高，為元件選型和電路設(shè)計帶來不便，故線性放大電路中不使用反饋
校正法。而在串聯(lián)校正方法中，有源器件的輸入不包含高壓反饋信號，所以該設(shè)計采用串聯(lián)校正方法，采用模擬PI(比例-積分)控制器G1(S)進(jìn)行校正，如圖5所示。
圖5中，PI控制器將輸出信號c(t)同時成比例的反應(yīng)輸入信號e(t)及其積分，即：
由式(2)觀察可得，PI控制器相當(dāng)于在控制系統(tǒng)中增加了一個位于原點的開環(huán)極點，開環(huán)極點的存在可以提高系統(tǒng)的型別，由于系統(tǒng)的型別的提高可以減小系統(tǒng)的階躍擾動穩(wěn)態(tài)誤差(對于線性放大電路，可視失調(diào)電壓和溫漂為階躍擾動)。同時PI控制器還增加了一個位于復(fù)平面中左半平面的開環(huán)零點，復(fù)實零點的增加可以提高系統(tǒng)的阻尼程度，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，緩解由犧牲的動態(tài)性能換取穩(wěn)態(tài)性能對系統(tǒng)產(chǎn)生的不利影響。
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