--后向通道及接口

1、11.5 后向通道與接口技術(shù)后向通道與接口技術(shù)21.5 后向通道與接口技術(shù)后向通道與接口技術(shù)一一后向通道后向通道二二后向通道中的常用器件及電路后向通道中的常用器件及電路三三后向通道中的后向通道中的D/A轉(zhuǎn)換及接口轉(zhuǎn)換及接口3一、一、后向通道后向通道后向通道是后向通道是CPU或計(jì)算機(jī)對(duì)控制對(duì)象實(shí)現(xiàn)控制操作的或計(jì)算機(jī)對(duì)控制對(duì)象實(shí)現(xiàn)控制操作的輸出通道。輸出通道。 l1、后向通道的特點(diǎn)、后向通道的特點(diǎn) l2、后向通道的結(jié)構(gòu)、后向通道的結(jié)構(gòu)l3、后向通道應(yīng)解決的問題、后向通道應(yīng)解決的問題 4l 1、后向通道的特點(diǎn)、后向通道的特點(diǎn) (1)小信號(hào)輸出、大功率控制。小信號(hào)輸出、大功率控制。根據(jù)目前根據(jù)目前CP

2、U輸出功率的限制，不能輸出控制對(duì)象所要求輸出功率的限制，不能輸出控制對(duì)象所要求的功率信號(hào)。的功率信號(hào)。(2)是一個(gè)輸出通道。是一個(gè)輸出通道。輸出伺服驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，而伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的狀態(tài)反饋信輸出伺服驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，而伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的狀態(tài)反饋信號(hào)通常是作為檢測(cè)信號(hào)輸入前向通道。號(hào)通常是作為檢測(cè)信號(hào)輸入前向通道。(3)接近控制對(duì)象，環(huán)境惡劣。接近控制對(duì)象，環(huán)境惡劣?？刂茖?duì)象多為大功率伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，電磁、機(jī)械干擾較為控制對(duì)象多為大功率伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，電磁、機(jī)械干擾較為嚴(yán)重。后向通道是一個(gè)輸出通道，而且輸出電平較高，不嚴(yán)重。后向通道是一個(gè)輸出通道，而且輸出電平較高，不易受到直接損害；但這些干擾易從系統(tǒng)的前

3、向通道竄入。易受到直接損害；但這些干擾易從系統(tǒng)的前向通道竄入。5l 2、后向通道的結(jié)構(gòu)、后向通道的結(jié)構(gòu) 根據(jù)根據(jù)CPU的輸出信號(hào)形式和控制對(duì)象的特點(diǎn)，后向通道結(jié)的輸出信號(hào)形式和控制對(duì)象的特點(diǎn)，后向通道結(jié)構(gòu)如圖所示。構(gòu)如圖所示。單片機(jī)在完成控制處理后，總是以數(shù)字信號(hào)通過單片機(jī)在完成控制處理后，總是以數(shù)字信號(hào)通過IO口或口或數(shù)據(jù)總線送給控制對(duì)象。數(shù)據(jù)總線送給控制對(duì)象。這些數(shù)字信號(hào)形態(tài)主要有開關(guān)量、二進(jìn)制數(shù)字量和頻率量，這些數(shù)字信號(hào)形態(tài)主要有開關(guān)量、二進(jìn)制數(shù)字量和頻率量，可直接用于開關(guān)量、數(shù)字量系統(tǒng)及頻率調(diào)制系統(tǒng)，但對(duì)于可直接用于開關(guān)量、數(shù)字量系統(tǒng)及頻率調(diào)制系統(tǒng)，但對(duì)于一些模擬量控制系統(tǒng)，則應(yīng)通過數(shù)

4、模轉(zhuǎn)換變換成模擬量一些模擬量控制系統(tǒng)，則應(yīng)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換變換成模擬量控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)。 67l 3、后向通道應(yīng)解決的問題、后向通道應(yīng)解決的問題(1)功率驅(qū)動(dòng)。功率驅(qū)動(dòng)。將單片機(jī)輸出的信號(hào)進(jìn)行功率放大，以滿足將單片機(jī)輸出的信號(hào)進(jìn)行功率放大，以滿足伺服驅(qū)動(dòng)的功率要求。伺服驅(qū)動(dòng)的功率要求。(2)干擾防治。干擾防治。主要防治伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過信號(hào)通道、電源主要防治伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過信號(hào)通道、電源以及空間電磁場(chǎng)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的干擾。通常采用以及空間電磁場(chǎng)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的干擾。通常采用信號(hào)隔離、信號(hào)隔離、電源隔離和對(duì)大功率開關(guān)實(shí)現(xiàn)過零切換等方法進(jìn)行干擾防電源隔離和對(duì)大功率開關(guān)實(shí)現(xiàn)過零切換等方法進(jìn)行干擾防治。治。(

5、3)數(shù)模轉(zhuǎn)換。數(shù)模轉(zhuǎn)換。對(duì)于二進(jìn)制輸出的數(shù)字量采用對(duì)于二進(jìn)制輸出的數(shù)字量采用DA變換變換器；對(duì)于頻率量輸出則可以采用器；對(duì)于頻率量輸出則可以采用FV轉(zhuǎn)換器變換成模擬轉(zhuǎn)換器變換成模擬量量。8二、后向通道中的常用器件及電路二、后向通道中的常用器件及電路后向通道中常用的器件及電路主要有數(shù)模轉(zhuǎn)換、功后向通道中常用的器件及電路主要有數(shù)模轉(zhuǎn)換、功率驅(qū)動(dòng)和干擾防治器件及電路。率驅(qū)動(dòng)和干擾防治器件及電路。l（一）（一） 功率開關(guān)接口器件及電路功率開關(guān)接口器件及電路 在在CPU輸出開關(guān)量后，需進(jìn)行功率放大，才能驅(qū)動(dòng)開關(guān)量外輸出開關(guān)量后，需進(jìn)行功率放大，才能驅(qū)動(dòng)開關(guān)量外設(shè)。設(shè)。實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中，大量使用的是開關(guān)量

6、的驅(qū)動(dòng)、控制。實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中，大量使用的是開關(guān)量的驅(qū)動(dòng)、控制。常用的功率開關(guān)接口器件及電路有：功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、功常用的功率開關(guān)接口器件及電路有：功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、功率型光電耦合器、集成驅(qū)動(dòng)芯片及固體繼電器等。率型光電耦合器、集成驅(qū)動(dòng)芯片及固體繼電器等。 91、大功率、大功率IO口接口電路口接口電路 在在CPU應(yīng)用系統(tǒng)中，開關(guān)量都是通過單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，開關(guān)量都是通過單片機(jī)的IO口或擴(kuò)展口或擴(kuò)展IO口輸出的。這些口輸出的。這些IO口的驅(qū)口的驅(qū)動(dòng)能力有限。例如標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)能力有限。例如標(biāo)準(zhǔn)的TTL門電路在門電路在0電平時(shí)電平時(shí)吸收電流的能力約為吸收電流的能力約為16mA，常常不足以驅(qū)動(dòng)，常常不足

7、以驅(qū)動(dòng)一些功率開關(guān)一些功率開關(guān)(如繼電器、電機(jī)、電磁開關(guān)等如繼電器、電機(jī)、電磁開關(guān)等)，因此，需要一些大功率開關(guān)接口電路因此，需要一些大功率開關(guān)接口電路 功率晶體管驅(qū)動(dòng)功率晶體管驅(qū)動(dòng) 典型的開關(guān)功率管具有高速、中等功率特性，其驅(qū)動(dòng)電流可典型的開關(guān)功率管具有高速、中等功率特性，其驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)達(dá)800mA，擊穿電壓為，擊穿電壓為40V。如在。如在500mA和和10V處，典型的處，典型的正向電流增益為正向電流增益為30，要開關(guān)，要開關(guān)500mA負(fù)載電流時(shí)，其負(fù)載電流時(shí)，其Ib至少需至少需供給供給17mA。10 在晶體管驅(qū)動(dòng)電路中，開關(guān)晶體管的驅(qū)動(dòng)電流在晶體管驅(qū)動(dòng)電路中，開關(guān)晶體管的驅(qū)動(dòng)電流IC必須足

8、夠大，必須足夠大，否則晶體管會(huì)增加其管壓降來限制其負(fù)載電流，從而有可能否則晶體管會(huì)增加其管壓降來限制其負(fù)載電流，從而有可能使晶體管超過允許功耗而損壞。使晶體管超過允許功耗而損壞。 11 2達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)電路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)電路 對(duì)于典型的開關(guān)晶體管電路，輸出電流是輸入電流乘以晶體管的對(duì)于典型的開關(guān)晶體管電路，輸出電流是輸入電流乘以晶體管的增益。要保證有足夠大的輸出電流必須采取增大輸入驅(qū)動(dòng)電流，增益。要保證有足夠大的輸出電流必須采取增大輸入驅(qū)動(dòng)電流，多級(jí)放大和提高晶體管增益。多級(jí)放大和提高晶體管增益。12 2達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)電路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)電路 采用達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)電路主要是采用多級(jí)放大和提高晶體管增益，避采用達(dá)林頓驅(qū)

9、動(dòng)電路主要是采用多級(jí)放大和提高晶體管增益，避免加大輸入驅(qū)動(dòng)電流。這種結(jié)構(gòu)形式具有高輸入阻抗和極高的增免加大輸入驅(qū)動(dòng)電流。這種結(jié)構(gòu)形式具有高輸入阻抗和極高的增益。益。 單個(gè)達(dá)林頓晶體管：?jiǎn)蝹€(gè)達(dá)林頓晶體管： 13 IC達(dá)林頓晶體管驅(qū)動(dòng)器達(dá)林頓晶體管驅(qū)動(dòng)器: ULN2608,ULN20031415ULN200316173閘流晶體管閘流晶體管(可控硅整流器可控硅整流器) 在開關(guān)工作應(yīng)用中，可控硅整流器只工作在導(dǎo)通或截止在開關(guān)工作應(yīng)用中，可控硅整流器只工作在導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)。狀態(tài)。 由于由于SCR通常用來控制交流大電壓開關(guān)負(fù)載，故不宜通常用來控制交流大電壓開關(guān)負(fù)載，故不宜直接與數(shù)字邏輯電路相連。在實(shí)際使用

10、時(shí)應(yīng)采取隔離措直接與數(shù)字邏輯電路相連。在實(shí)際使用時(shí)應(yīng)采取隔離措施，如光電耦合隔離。施，如光電耦合隔離。 雙向可控硅雙向可控硅 1819 4機(jī)械繼電器機(jī)械繼電器 在數(shù)字邏輯電路中最常使用的機(jī)械繼電器有簧式繼電器?；墒嚼^在數(shù)字邏輯電路中最常使用的機(jī)械繼電器有簧式繼電器?；墒嚼^電器由兩個(gè)磁性簧片組成，受磁場(chǎng)作用時(shí)，兩個(gè)簧片相接觸而導(dǎo)電器由兩個(gè)磁性簧片組成，受磁場(chǎng)作用時(shí)，兩個(gè)簧片相接觸而導(dǎo)通。這種簧式繼電器控制電流要求很小，而簧式觸點(diǎn)可開關(guān)較大通。這種簧式繼電器控制電流要求很小，而簧式觸點(diǎn)可開關(guān)較大的電流。例如，控制線圈為的電流。例如，控制線圈為380時(shí)，可直接由時(shí)，可直接由5V輸入電壓驅(qū)動(dòng)，輸入電壓

11、驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電流為驅(qū)動(dòng)電流為13mA，而簧片觸點(diǎn)可通過，而簧片觸點(diǎn)可通過500mA至幾十至幾十A。但與邏輯。但與邏輯電路相配用的簧式繼電器一般小于電路相配用的簧式繼電器一般小于1A。 簧式繼電器的接口電路如圖所示。觸點(diǎn)兩端的齊納二極管用來防簧式繼電器的接口電路如圖所示。觸點(diǎn)兩端的齊納二極管用來防止產(chǎn)生觸點(diǎn)電弧。止產(chǎn)生觸點(diǎn)電弧。20 機(jī)械繼電器的開關(guān)響應(yīng)時(shí)間較大，計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使機(jī)械繼電器的開關(guān)響應(yīng)時(shí)間較大，計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用機(jī)械繼電器時(shí)，控制程序中必須考慮開關(guān)響應(yīng)時(shí)間的用機(jī)械繼電器時(shí)，控制程序中必須考慮開關(guān)響應(yīng)時(shí)間的影響。影響。21 5功率場(chǎng)效應(yīng)管功率場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET) 中功率、大功率

12、場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)器件可高頻工作，中功率、大功率場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)器件可高頻工作，輸入電流小，并能隨意地截止，兼有晶體管開關(guān)和輸入電流小，并能隨意地截止，兼有晶體管開關(guān)和SCR的全部?jī)?yōu)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。點(diǎn)。 由于場(chǎng)效應(yīng)管由于場(chǎng)效應(yīng)管(FET)是電荷控制器件，只在開關(guān)的過程中才需要電是電荷控制器件，只在開關(guān)的過程中才需要電流，而且只要求微安級(jí)的輸入電流?？刂频妮敵鲭娏骺梢院艽?。流，而且只要求微安級(jí)的輸入電流?？刂频妮敵鲭娏骺梢院艽?。例如例如VN84GA在低頻時(shí)耗散功率為在低頻時(shí)耗散功率為80W，而在，而在30MHz時(shí)可耗散時(shí)可耗散50W，控制電流可達(dá)，控制電流可達(dá)1 2.5A，圖為，圖

13、為VMOSFET電機(jī)控制電路，其中電機(jī)控制電路，其中 VN66AF為小功率為小功率VMOSFET。 226、固態(tài)繼電器、固態(tài)繼電器(SOLID STATE RELAYS -SSR)固態(tài)繼電器是一種無觸點(diǎn)通斷功率型電子開關(guān)，又名固固態(tài)繼電器是一種無觸點(diǎn)通斷功率型電子開關(guān)，又名固態(tài)開關(guān)。態(tài)開關(guān)。當(dāng)施加觸發(fā)信號(hào)后其主回路呈導(dǎo)通狀態(tài)，無信號(hào)時(shí)呈阻當(dāng)施加觸發(fā)信號(hào)后其主回路呈導(dǎo)通狀態(tài)，無信號(hào)時(shí)呈阻斷狀態(tài)。它利用了分立器件和集成器件及微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了斷狀態(tài)。它利用了分立器件和集成器件及微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了控制回路控制回路(輸入端輸入端)與負(fù)載回路與負(fù)載回路(輸出端輸出端)之間的電隔離及信號(hào)耦之間的電隔離及信號(hào)耦

14、合，沒有任何可動(dòng)部件或觸點(diǎn)。合，沒有任何可動(dòng)部件或觸點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了具有相當(dāng)于電磁繼電器一樣的功能。實(shí)現(xiàn)了具有相當(dāng)于電磁繼電器一樣的功能。23 固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)原理固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)原理 固態(tài)繼電器通常是一個(gè)四端組件，兩個(gè)為輸入端，兩個(gè)為輸固態(tài)繼電器通常是一個(gè)四端組件，兩個(gè)為輸入端，兩個(gè)為輸出端。圖為其結(jié)構(gòu)框。它至少由三個(gè)部分組成，即輸入電路、出端。圖為其結(jié)構(gòu)框。它至少由三個(gè)部分組成，即輸入電路、隔離部分和輸出電路。隔離部分和輸出電路。2425單相單相直流直流電路板式固態(tài)繼電器電路板式固態(tài)繼電器 l 直流控制直流直流控制直流 控制回路與負(fù)載回路之間光電隔離?？刂苹芈放c負(fù)載回路之間光電隔離。 可控硅輸出

15、，零電流關(guān)斷。可控硅輸出，零電流關(guān)斷。 電壓過零開啟電壓過零開啟 內(nèi)設(shè)阻容吸收回路內(nèi)設(shè)阻容吸收回路 控制信號(hào)與控制信號(hào)與TTL邏輯兼容邏輯兼容 外形長(zhǎng)方型，環(huán)氧樹脂灌封外形長(zhǎng)方型，環(huán)氧樹脂灌封(模塊模塊) 阻燃工程塑料外殼。阻燃工程塑料外殼。 l 輸入電壓輸入電壓:332VDCl 輸入電流輸入電流:大于大于5mAl 輸出電壓輸出電壓:560VDC , 5110VDC l 輸出最小導(dǎo)通電流輸出最小導(dǎo)通電流:50mA l 輸出電流輸出電流:1A、2A、3A、4A、5Al 輸出通態(tài)壓降輸出通態(tài)壓降:小于小于1.5V 26單相單相交流交流電路板式固態(tài)繼電器電路板式固態(tài)繼電器 l 直流控制交流直流控制交

16、流 l 控制回路與負(fù)載回路之間光電隔離?？刂苹芈放c負(fù)載回路之間光電隔離。 可控硅輸出，零電流關(guān)斷?？煽毓栎敵?，零電流關(guān)斷。 電壓過零開啟電壓過零開啟 內(nèi)設(shè)阻容吸收回路內(nèi)設(shè)阻容吸收回路 控制信號(hào)與控制信號(hào)與TTL邏輯兼容邏輯兼容 外形長(zhǎng)方型，環(huán)氧樹脂灌封外形長(zhǎng)方型，環(huán)氧樹脂灌封(模塊模塊) 阻燃工程塑料外殼。阻燃工程塑料外殼。 l 輸入電壓輸入電壓:332VDCl 輸入電流輸入電流:大于大于5mAl 輸出電壓輸出電壓:24240VAC , 40480VAC l 輸出最小導(dǎo)通電流輸出最小導(dǎo)通電流:50mAl 輸出電流輸出電流:1A、2A、3A、4A、5Al 輸出通態(tài)壓降輸出通態(tài)壓降:小于小于1.5

17、V 27固態(tài)繼電器有許多類型可供用戶選擇：固態(tài)繼電器有許多類型可供用戶選擇： 按品種分有軍品、民品、按品種分有軍品、民品、IO模塊；模塊； 按輸出功能分有直流型、過零型、非過零型；按輸出功能分有直流型、過零型、非過零型； 按隔離方式分有光隔離和變壓器隔離；按隔離方式分有光隔離和變壓器隔離； 按封裝結(jié)構(gòu)形式分有塑封型和金屬殼全密封型固態(tài)繼電器，按封裝結(jié)構(gòu)形式分有塑封型和金屬殼全密封型固態(tài)繼電器，以及各種特殊用途的固態(tài)繼電器。以及各種特殊用途的固態(tài)繼電器。 固態(tài)繼電器的優(yōu)點(diǎn)固態(tài)繼電器的優(yōu)點(diǎn) 由于固態(tài)繼電器是由固態(tài)元件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)器件。這種由于固態(tài)繼電器是由固態(tài)元件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)器件。這種結(jié)構(gòu)

18、特點(diǎn)決定了它結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它比電磁繼電器工作可靠，壽命長(zhǎng)，對(duì)外界比電磁繼電器工作可靠，壽命長(zhǎng)，對(duì)外界干擾小，能與邏輯電路兼容，抗干擾能力強(qiáng)，開關(guān)速度快，干擾小，能與邏輯電路兼容，抗干擾能力強(qiáng)，開關(guān)速度快，使用方便。使用方便。28 固態(tài)繼電器的應(yīng)用特性固態(tài)繼電器的應(yīng)用特性 根據(jù)產(chǎn)品的功能不同，輸出電路可接交流或直流。對(duì)交流負(fù)根據(jù)產(chǎn)品的功能不同，輸出電路可接交流或直流。對(duì)交流負(fù)載的控制有過零不過零控制功能。其控制波形如圖所示。載的控制有過零不過零控制功能。其控制波形如圖所示。 由于開關(guān)電路在不加特殊控制電路時(shí)，將產(chǎn)生射頻干擾并以由于開關(guān)電路在不加特殊控制電路時(shí)，將產(chǎn)生射頻干擾并以高次諧波或尖峰等污

19、染電網(wǎng)，為此特設(shè)高次諧波或尖峰等污染電網(wǎng)，為此特設(shè)“過零控制電路過零控制電路”。 所謂所謂“過零過零”是指，當(dāng)加入控制信號(hào)，交流電壓過零時(shí)，是指，當(dāng)加入控制信號(hào)，交流電壓過零時(shí)，SSR即為通態(tài)；而當(dāng)斷開控制信號(hào)后，即為通態(tài)；而當(dāng)斷開控制信號(hào)后，SSR要等待交流電的要等待交流電的正半周與負(fù)半周的交界點(diǎn)正半周與負(fù)半周的交界點(diǎn)(零電位零電位)時(shí)，時(shí)，SSR才為斷態(tài)。這種設(shè)才為斷態(tài)。這種設(shè)計(jì)能防止高次諧波的干擾和對(duì)電網(wǎng)的污染。計(jì)能防止高次諧波的干擾和對(duì)電網(wǎng)的污染。 吸收電路是為防止從電源中傳來的尖峰、浪涌吸收電路是為防止從電源中傳來的尖峰、浪涌(電壓電壓)對(duì)開關(guān)器對(duì)開關(guān)器件雙向可控硅管的沖擊和干擾件雙

20、向可控硅管的沖擊和干擾(甚至誤動(dòng)作甚至誤動(dòng)作)而設(shè)計(jì)的，一般是而設(shè)計(jì)的，一般是用用“R-C”串聯(lián)吸收電路或非線性電阻串聯(lián)吸收電路或非線性電阻(壓敏電阻器壓敏電阻器)。 2930 由于固態(tài)繼電器是一種電子開關(guān)，故有一定的通態(tài)壓降和斷由于固態(tài)繼電器是一種電子開關(guān)，故有一定的通態(tài)壓降和斷態(tài)漏電流，其數(shù)值與產(chǎn)品型號(hào)規(guī)格有關(guān)。態(tài)漏電流，其數(shù)值與產(chǎn)品型號(hào)規(guī)格有關(guān)。 負(fù)載短路易造成負(fù)載短路易造成SSR的損壞，應(yīng)特別注意避免。的損壞，應(yīng)特別注意避免。 必須考慮瞬態(tài)過電壓和斷態(tài)必須考慮瞬態(tài)過電壓和斷態(tài)dVdt對(duì)對(duì)SSR的影響。部分的影響。部分SSR產(chǎn)品內(nèi)部已含有瞬態(tài)抑制網(wǎng)絡(luò)。必要時(shí)可在外部加以適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品內(nèi)部已含

21、有瞬態(tài)抑制網(wǎng)絡(luò)。必要時(shí)可在外部加以適當(dāng)?shù)乃矐B(tài)抑制電路。瞬態(tài)抑制電路。 直流型的直流型的SSR與交流型的與交流型的SSR相比，無過零控制電路，相比，無過零控制電路，也不必設(shè)置吸收電路也不必設(shè)置吸收電路 .31 固態(tài)繼電器的應(yīng)用固態(tài)繼電器的應(yīng)用 固態(tài)繼龜器不僅實(shí)現(xiàn)了小信號(hào)對(duì)大電流功率負(fù)載的開關(guān)控制，固態(tài)繼龜器不僅實(shí)現(xiàn)了小信號(hào)對(duì)大電流功率負(fù)載的開關(guān)控制，而且還具有隔離功能。而且還具有隔離功能。3233l（二）光電隔離與接口驅(qū)動(dòng)器件（二）光電隔離與接口驅(qū)動(dòng)器件 光電耦合器件能可靠地實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離，并易構(gòu)成各種功能光電耦合器件能可靠地實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離，并易構(gòu)成各種功能狀態(tài)，如信號(hào)隔離、隔離驅(qū)動(dòng)、遠(yuǎn)距離傳送

22、等。狀態(tài)，如信號(hào)隔離、隔離驅(qū)動(dòng)、遠(yuǎn)距離傳送等。 一、信號(hào)隔離用光電耦合器件一、信號(hào)隔離用光電耦合器件 最普通的信號(hào)隔離用光電耦合器件如圖最普通的信號(hào)隔離用光電耦合器件如圖(a)所示。以發(fā)光二極所示。以發(fā)光二極管為輸入端，光敏三極管為輸出端。這種器件一般用在管為輸入端，光敏三極管為輸出端。這種器件一般用在100kHz以下的頻率信號(hào)。如果基極有引出線則可滿足溫度補(bǔ)以下的頻率信號(hào)。如果基極有引出線則可滿足溫度補(bǔ)償、檢測(cè)及調(diào)制要求。償、檢測(cè)及調(diào)制要求。 圖圖(b)是高速光電耦合器的結(jié)構(gòu)形式，輸出部分采用是高速光電耦合器的結(jié)構(gòu)形式，輸出部分采用PIN型光型光敏二極管和高速開關(guān)管組成復(fù)合結(jié)構(gòu)，具有較高的響

23、應(yīng)速度敏二極管和高速開關(guān)管組成復(fù)合結(jié)構(gòu)，具有較高的響應(yīng)速度.342、隔離驅(qū)動(dòng)用光電耦合器件、隔離驅(qū)動(dòng)用光電耦合器件 達(dá)林頓輸出光電耦合器件。輸出部分以光敏三極管達(dá)林頓輸出光電耦合器件。輸出部分以光敏三極管和放大三極管構(gòu)成達(dá)林頓輸出。具有達(dá)林頓輸出的一切和放大三極管構(gòu)成達(dá)林頓輸出。具有達(dá)林頓輸出的一切特性，可直接用于驅(qū)動(dòng)較低頻率的負(fù)載。特性，可直接用于驅(qū)動(dòng)較低頻率的負(fù)載。 可控硅輸出光電耦合器件。輸出部分為光控晶閘管，可控硅輸出光電耦合器件。輸出部分為光控晶閘管，光控晶閘管有單向、雙向兩種形式。這種光電耦合器件光控晶閘管有單向、雙向兩種形式。這種光電耦合器件常用在交流大功率的隔離驅(qū)動(dòng)中。常用在交

24、流大功率的隔離驅(qū)動(dòng)中。 353、遠(yuǎn)距離的隔離傳送、遠(yuǎn)距離的隔離傳送 目的：應(yīng)用系統(tǒng)遠(yuǎn)離工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)目的：應(yīng)用系統(tǒng)遠(yuǎn)離工業(yè)現(xiàn)場(chǎng) 下圖是利用光電耦合器件進(jìn)行遠(yuǎn)距離隔離傳送的電路。下圖是利用光電耦合器件進(jìn)行遠(yuǎn)距離隔離傳送的電路。輸入部分為雙鉸線的輸入部分為雙鉸線的20mA電流環(huán)遠(yuǎn)距離傳送。輸出部電流環(huán)遠(yuǎn)距離傳送。輸出部分通過分通過TTL門進(jìn)行電平調(diào)整。門進(jìn)行電平調(diào)整。 36l （三）線性功率驅(qū)動(dòng)接口器件及電路（三）線性功率驅(qū)動(dòng)接口器件及電路 在應(yīng)用系統(tǒng)的直流伺服控制中，經(jīng)常要用到線性功率驅(qū)動(dòng)。線性功率在應(yīng)用系統(tǒng)的直流伺服控制中，經(jīng)常要用到線性功率驅(qū)動(dòng)。線性功率驅(qū)動(dòng)接口將單片機(jī)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換后的模擬電壓轉(zhuǎn)換

25、成伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)接口將單片機(jī)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換后的模擬電壓轉(zhuǎn)換成伺服控制系統(tǒng)所要求的功率輸出。所要求的功率輸出。 通常線性功率驅(qū)動(dòng)接口器件主要使用集成功率運(yùn)算放大器。在后向通通常線性功率驅(qū)動(dòng)接口器件主要使用集成功率運(yùn)算放大器。在后向通道的直流伺服系統(tǒng)中，采用集成功率運(yùn)算放大器可大大簡(jiǎn)化電路，并道的直流伺服系統(tǒng)中，采用集成功率運(yùn)算放大器可大大簡(jiǎn)化電路，并提高系統(tǒng)的可靠性。提高系統(tǒng)的可靠性。 美國(guó)美國(guó)B-B公司推出的大功率運(yùn)算放大器有公司推出的大功率運(yùn)算放大器有OPA501、OPA511512、OPA541，輸出電流可達(dá)，輸出電流可達(dá)1015A。 右圖為右圖為OPA501，其性能特點(diǎn)如下：，其性能特點(diǎn)

26、如下： 電源電壓范圍寬電源電壓范圍寬 104 0V； 輸出電流大輸出電流大 1 0A(峰值峰值)； 輸出功率大輸出功率大2 6 0W(峰值峰值)； 最大差動(dòng)輸入電壓最大差動(dòng)輸入電壓 Vcc-3V； 工作溫度范圍工作溫度范圍 -55+125。37l （四）（四）FV轉(zhuǎn)換接口器件及電路轉(zhuǎn)換接口器件及電路 計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)為頻率計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)為頻率F信號(hào)，在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)將信號(hào)，在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)將F轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為V信信號(hào)。號(hào)。頻率信號(hào)輸出占用總線數(shù)量少，易于遠(yuǎn)距離傳送，抗干擾頻率信號(hào)輸出占用總線數(shù)量少，易于遠(yuǎn)距離傳送，抗干擾能力強(qiáng)。將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換成與頻率量成正比的模擬電壓，能力強(qiáng)。將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換成與頻率量成正比的模

27、擬電壓，可采用可采用FV轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。通常沒有專門用于通常沒有專門用于FV的轉(zhuǎn)換集成器件，而是使用的轉(zhuǎn)換集成器件，而是使用VF轉(zhuǎn)換器在特定的外接電路下構(gòu)成轉(zhuǎn)換器在特定的外接電路下構(gòu)成FV轉(zhuǎn)換電路。一般的集轉(zhuǎn)換電路。一般的集成成VF轉(zhuǎn)換器都具有轉(zhuǎn)換器都具有FV轉(zhuǎn)換功能。轉(zhuǎn)換功能。 下圖是由下圖是由LM331 VF轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的兩種轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的兩種FV轉(zhuǎn)換電路。轉(zhuǎn)換電路。38輸入頻率脈沖輸入頻率脈沖fIN經(jīng)過經(jīng)過C-R網(wǎng)絡(luò)接入比較器閾值端網(wǎng)絡(luò)接入比較器閾值端6腳上，脈沖的下降沿引起輸入比較器觸發(fā)腳上，脈沖的下降沿引起輸入比較器觸發(fā)定時(shí)電路。與定時(shí)電路。與VF轉(zhuǎn)換器相同，轉(zhuǎn)換器相同，1腳流出的平均電

28、流腳流出的平均電流IAvE=i(11RtCt)fIN。將此電流經(jīng)過。將此電流經(jīng)過 R、C網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)濾波即可獲得與絡(luò)濾波即可獲得與fIN信號(hào)頻率成正比的直流電壓。信號(hào)頻率成正比的直流電壓。圖圖(a) ，網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)RL=100k及及CL=1F對(duì)電流進(jìn)行濾波，紋波峰值小于對(duì)電流進(jìn)行濾波，紋波峰值小于10mV。對(duì)于。對(duì)于0.1s的時(shí)間的時(shí)間常數(shù)，常數(shù)，0.1精度下的建立時(shí)間為精度下的建立時(shí)間為0.7s。圖圖6(b)，由運(yùn)算放大器提供緩沖輸出，并實(shí)現(xiàn)雙極點(diǎn)濾波器的作用，由運(yùn)算放大器提供緩沖輸出，并實(shí)現(xiàn)雙極點(diǎn)濾波器的作用，對(duì)于所有高于對(duì)于所有高于1kHz的頻率，紋波峰值小于的頻率，紋波峰值小于5mV，響應(yīng)時(shí)間

29、比圖，響應(yīng)時(shí)間比圖(a)要快得多。然而對(duì)于低于要快得多。然而對(duì)于低于200Hz的輸入頻率，電的輸入頻率，電路輸出的紋波將比圖路輸出的紋波將比圖(a)更差。要對(duì)濾波時(shí)間常數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以滿足響應(yīng)和足夠小的紋波需要。更差。要對(duì)濾波時(shí)間常數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以滿足響應(yīng)和足夠小的紋波需要。 圖圖 (a)簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)單的FV轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換(1 0kHz0.06)(b)精密精密FV轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換(1 0kHzO01)39三、后向通道中的三、后向通道中的D/A轉(zhuǎn)換及接口轉(zhuǎn)換及接口l （一）（一）DA轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)的一般性問題轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)的一般性問題l （二）（二）DA轉(zhuǎn)換性能指標(biāo)與集成芯片轉(zhuǎn)換性能指標(biāo)與集成芯片 40l （一）（一）D

30、A轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)的一般性問題轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)的一般性問題 1、DA轉(zhuǎn)換芯片的選擇原則轉(zhuǎn)換芯片的選擇原則 DA轉(zhuǎn)換芯片的主要特性轉(zhuǎn)換芯片的主要特性 主要考慮的是以位數(shù)表現(xiàn)的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換時(shí)間。主要考慮的是以位數(shù)表現(xiàn)的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換時(shí)間。 數(shù)字輸入特性。數(shù)字輸入特性。DA轉(zhuǎn)換芯片一般都只能接收自然二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換芯片一般都只能接收自然二進(jìn)制數(shù)字代碼。字代碼。 模擬輸出特性。有些模擬輸出特性。有些DA轉(zhuǎn)換器件均屬電流輸出器件。需加轉(zhuǎn)換器件均屬電流輸出器件。需加運(yùn)算放大器以轉(zhuǎn)換為電壓。運(yùn)算放大器以轉(zhuǎn)換為電壓。 鎖存特性及轉(zhuǎn)換控制。如果鎖存特性及轉(zhuǎn)換控制。如果DA轉(zhuǎn)換器沒有輸入鎖存器，通轉(zhuǎn)換器沒有輸入鎖存器，通過

31、過CPU數(shù)據(jù)總線傳送數(shù)字量時(shí)，必須外加鎖存器，否則只能數(shù)據(jù)總線傳送數(shù)字量時(shí)，必須外加鎖存器，否則只能通過具有輸出鎖存功能的通過具有輸出鎖存功能的IO口給口給DA送入數(shù)字量。送入數(shù)字量。41 有些有些DA轉(zhuǎn)換器并不是對(duì)鎖存的輸入的數(shù)字量立即進(jìn)行轉(zhuǎn)換器并不是對(duì)鎖存的輸入的數(shù)字量立即進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換，而是只有在外部施加了轉(zhuǎn)換控制信號(hào)后才開始轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換，而是只有在外部施加了轉(zhuǎn)換控制信號(hào)后才開始轉(zhuǎn)換和輸出。具有這種輸入鎖存及轉(zhuǎn)換控制功能的輸出。具有這種輸入鎖存及轉(zhuǎn)換控制功能的DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器(如如08 32)，在，在CPU分時(shí)控制多路分時(shí)控制多路DA輸出時(shí)，可以做到多路輸出時(shí)，可以做到多路DA轉(zhuǎn)換的同步輸出

32、。轉(zhuǎn)換的同步輸出。 參考電壓源。參考電壓源。DA轉(zhuǎn)換中，參考電壓源是唯一影響輸出結(jié)果轉(zhuǎn)換中，參考電壓源是唯一影響輸出結(jié)果的模擬參量。是的模擬參量。是DA轉(zhuǎn)換接口中的重要電路，對(duì)接口電路的轉(zhuǎn)換接口中的重要電路，對(duì)接口電路的工作性能，電路的結(jié)構(gòu)有很大影響。使用內(nèi)部帶有低漂移精工作性能，電路的結(jié)構(gòu)有很大影響。使用內(nèi)部帶有低漂移精密參考電壓源的密參考電壓源的DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器(如如AD563565A)不僅能保證有不僅能保證有較好的轉(zhuǎn)換精度，而且可以簡(jiǎn)化接口電路。較好的轉(zhuǎn)換精度，而且可以簡(jiǎn)化接口電路。2、參考電壓源的配置、參考電壓源的配置 有些有些DA轉(zhuǎn)換器不帶有參考電壓源。有時(shí)為了方便地改轉(zhuǎn)換器不帶有參

33、考電壓源。有時(shí)為了方便地改變輸出模擬電壓范圍、極性，須要配置相應(yīng)的參考電壓源。變輸出模擬電壓范圍、極性，須要配置相應(yīng)的參考電壓源。故在故在DA接口設(shè)計(jì)中經(jīng)常要進(jìn)行參考電壓源的配置設(shè)計(jì)。接口設(shè)計(jì)中經(jīng)常要進(jìn)行參考電壓源的配置設(shè)計(jì)。 42帶溫度補(bǔ)償?shù)凝R納二極管帶溫度補(bǔ)償?shù)凝R納二極管 帶溫度補(bǔ)償?shù)凝R納二極管就是兩個(gè)不同特性、相背串接的齊納二帶溫度補(bǔ)償?shù)凝R納二極管就是兩個(gè)不同特性、相背串接的齊納二極管，以具有負(fù)溫度系數(shù)正向?qū)ǖ亩O管補(bǔ)償正溫度系數(shù)反向極管，以具有負(fù)溫度系數(shù)正向?qū)ǖ亩O管補(bǔ)償正溫度系數(shù)反向?qū)ǖ姆€(wěn)壓二極管，使溫度系數(shù)近于零。這類穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值一導(dǎo)通的穩(wěn)壓二極管，使溫度系數(shù)近于零。這類穩(wěn)

34、壓管的穩(wěn)壓值一般在般在5.56.5V間，溫度系數(shù)為間，溫度系數(shù)為5ppm，如國(guó)產(chǎn)的，如國(guó)產(chǎn)的2DW232(2DW7C)型溫度補(bǔ)償穩(wěn)壓二極管。型溫度補(bǔ)償穩(wěn)壓二極管。 帶運(yùn)算放大器的參考電壓源具有驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，負(fù)載變化對(duì)輸出參帶運(yùn)算放大器的參考電壓源具有驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，負(fù)載變化對(duì)輸出參考電壓沒有直接影響考電壓沒有直接影響 43 能隙恒壓源能隙恒壓源-精密參考電壓源精密參考電壓源。這種集成化的精密穩(wěn)壓電源的特。這種集成化的精密穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)是輸出電壓低，一般為點(diǎn)是輸出電壓低，一般為1.25V或或2.5V，而輸入電壓為，而輸入電壓為515V，溫，溫度系數(shù)為士度系數(shù)為士20ppm。國(guó)外型號(hào)有。國(guó)外型號(hào)有MC1

35、403(美美Motorala)、LM1851.22.5(美美National Semiconductor)。與齊納二極管相比，能隙恒壓源工作在正常線性區(qū)域，內(nèi)部噪聲小，與齊納二極管相比，能隙恒壓源工作在正常線性區(qū)域，內(nèi)部噪聲小，而齊納二極管工作在齊納擊穿區(qū)，內(nèi)部噪聲較大。而齊納二極管工作在齊納擊穿區(qū)，內(nèi)部噪聲較大。443、數(shù)字輸入碼與模擬輸出電壓的變換特性、數(shù)字輸入碼與模擬輸出電壓的變換特性 所有的所有的DA轉(zhuǎn)換器件的輸出模擬電壓轉(zhuǎn)換器件的輸出模擬電壓Vo，都可以表達(dá)，都可以表達(dá)成為輸入數(shù)字量成為輸入數(shù)字量D(數(shù)字代碼數(shù)字代碼)和模擬參考電壓和模擬參考電壓VR的乘積：的乘積：Vo=DVR二進(jìn)制

36、代碼二進(jìn)制代碼D可以表示如下，可以表示如下，式中式中a1為最高有效位為最高有效位(MSB)，an為最低有效位為最低有效位(LSB)。 有些有些DA輸出的模擬量均為電流量，這個(gè)電流量要通過輸出的模擬量均為電流量，這個(gè)電流量要通過一個(gè)反相輸入的運(yùn)算放大器才能轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出，一個(gè)反相輸入的運(yùn)算放大器才能轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出，如圖所示如圖所示(圖中以圖中以7520為例為例)。 在這種情況下，模擬輸出電壓在這種情況下，模擬輸出電壓Vo與輸入數(shù)字量與輸入數(shù)字量D和參考和參考電壓電壓VR的關(guān)系為：的關(guān)系為： Vo=-DVR (0D1)4546 DA對(duì)應(yīng)情況對(duì)應(yīng)情況47（二）（二）DA轉(zhuǎn)換性能指標(biāo)與集成芯片

37、轉(zhuǎn)換性能指標(biāo)與集成芯片l1、DA轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo) DA轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)有靜態(tài)指標(biāo)、動(dòng)態(tài)指標(biāo)以及環(huán)境轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)有靜態(tài)指標(biāo)、動(dòng)態(tài)指標(biāo)以及環(huán)境和工作條件指標(biāo)。和工作條件指標(biāo)。 （1）DA轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)指標(biāo)分辨率。分辨率。DA轉(zhuǎn)換器的分辨率定義為：當(dāng)輸入數(shù)字發(fā)生單位數(shù)碼變化時(shí)，轉(zhuǎn)換器的分辨率定義為：當(dāng)輸入數(shù)字發(fā)生單位數(shù)碼變化時(shí)，即即LSB位產(chǎn)生一次變化時(shí)，所對(duì)應(yīng)輸出模擬量位產(chǎn)生一次變化時(shí)，所對(duì)應(yīng)輸出模擬量(電壓或電流電壓或電流)的變化的變化量。對(duì)于線性量。對(duì)于線性DA轉(zhuǎn)換器來說，其分辨率轉(zhuǎn)換器來說，其分辨率與數(shù)字量輸出的位數(shù)與數(shù)字量輸出的位數(shù)n呈下列

38、關(guān)系呈下列關(guān)系 48在實(shí)際使用中，表示分辨率高低的更常用的方法是采用在實(shí)際使用中，表示分辨率高低的更常用的方法是采用輸入數(shù)字量的位數(shù)或最大輸入碼的個(gè)數(shù)表示。輸入數(shù)字量的位數(shù)或最大輸入碼的個(gè)數(shù)表示。例如，例如，8位二進(jìn)制位二進(jìn)制DA轉(zhuǎn)換器，其分辨率為轉(zhuǎn)換器，其分辨率為8位，位，=1256FS=0.39FS。BCD碼輸入的，用其最大輸入碼碼輸入的，用其最大輸入碼個(gè)數(shù)表示，例如個(gè)數(shù)表示，例如4字位字位9 9 9 9DA轉(zhuǎn)換器，其分辨率轉(zhuǎn)換器，其分辨率為為=19 9 9 9FS=0.01FS。顯然，位數(shù)越多，分。顯然，位數(shù)越多，分辨率就越高。辨率就越高。 49 標(biāo)稱滿量程與實(shí)際滿量程。標(biāo)稱滿量程與實(shí)際

39、滿量程。標(biāo)稱滿量程標(biāo)稱滿量程(NFS)是指相應(yīng)于數(shù)字量標(biāo)稱值是指相應(yīng)于數(shù)字量標(biāo)稱值2n的模擬輸出的模擬輸出量。但實(shí)際數(shù)字量最大為量。但實(shí)際數(shù)字量最大為2n-1，要比標(biāo)稱值小，要比標(biāo)稱值小1個(gè)個(gè)LSB，因此，實(shí)際滿量程因此，實(shí)際滿量程(AFS)要比標(biāo)稱滿量程要比標(biāo)稱滿量程(NFS)小小1個(gè)個(gè)LSB增量。即增量。即 例如，例如，1個(gè)個(gè)8位位DA轉(zhuǎn)換器，參考電壓為轉(zhuǎn)換器，參考電壓為-5V時(shí)，其標(biāo)稱滿時(shí)，其標(biāo)稱滿量程為量程為+5V，而實(shí)際滿量程為，而實(shí)際滿量程為(255/256)(+5V)=+4.98V。50精度精度。DA轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與DA轉(zhuǎn)換集成芯片的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)換集成芯片的結(jié)構(gòu)和

40、接口配置的電路有關(guān)。一般說來，接口配置的電路有關(guān)。一般說來，不考慮其它不考慮其它DA轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換誤差時(shí)，誤差時(shí)，DA的轉(zhuǎn)換精度即為其分辨率的大小的轉(zhuǎn)換精度即為其分辨率的大小，故要獲，故要獲得高精度的得高精度的DA轉(zhuǎn)換結(jié)果，首先要保證選擇有足夠分辨轉(zhuǎn)換結(jié)果，首先要保證選擇有足夠分辨率的率的DA轉(zhuǎn)換器。但是轉(zhuǎn)換器。但是DA轉(zhuǎn)換精度還與外電路的配轉(zhuǎn)換精度還與外電路的配置有關(guān)，當(dāng)外電路的器件或電源誤差較大時(shí)，會(huì)造成較置有關(guān)，當(dāng)外電路的器件或電源誤差較大時(shí)，會(huì)造成較大的大的DA轉(zhuǎn)換誤差，當(dāng)這些誤差超過一定程度時(shí)，會(huì)使轉(zhuǎn)換誤差，當(dāng)這些誤差超過一定程度時(shí)，會(huì)使增加增加DA轉(zhuǎn)換位數(shù)失去意義。轉(zhuǎn)換位數(shù)失去意義。在在

41、DA轉(zhuǎn)換中，影響轉(zhuǎn)換精度的主要誤差因素有失調(diào)誤轉(zhuǎn)換中，影響轉(zhuǎn)換精度的主要誤差因素有失調(diào)誤差、增益誤差、非線性誤差和微分非線性誤差差、增益誤差、非線性誤差和微分非線性誤差 。51失調(diào)誤差失調(diào)誤差(或稱零點(diǎn)誤差或稱零點(diǎn)誤差)失調(diào)誤差定義為數(shù)字輸入為全失調(diào)誤差定義為數(shù)字輸入為全0碼時(shí)，其模擬輸出值與理碼時(shí)，其模擬輸出值與理想輸出值之偏差值。想輸出值之偏差值。對(duì)于單極性對(duì)于單極性DA轉(zhuǎn)換，模擬輸出的理想值轉(zhuǎn)換，模擬輸出的理想值為零伏點(diǎn)，對(duì)于雙極性為零伏點(diǎn)，對(duì)于雙極性DA轉(zhuǎn)換，此理想值為負(fù)域滿量程。偏轉(zhuǎn)換，此理想值為負(fù)域滿量程。偏差值的大小一般用差值的大小一般用LSB的份數(shù)或用偏差值相對(duì)于滿量程的百分的

42、份數(shù)或用偏差值相對(duì)于滿量程的百分?jǐn)?shù)表示。數(shù)表示。 一定溫度下的失調(diào)誤差可以通過外部調(diào)整措施進(jìn)行補(bǔ)償。一定溫度下的失調(diào)誤差可以通過外部調(diào)整措施進(jìn)行補(bǔ)償。有些有些DA集成芯片設(shè)置有調(diào)零端，外接電位器調(diào)零。有些轉(zhuǎn)換集成芯片設(shè)置有調(diào)零端，外接電位器調(diào)零。有些轉(zhuǎn)換器不設(shè)置專門的調(diào)零端，要求用戶采取外接校正用偏置電路加器不設(shè)置專門的調(diào)零端，要求用戶采取外接校正用偏置電路加到運(yùn)算放大器求和端的辦法來消除輸出失調(diào)電壓或電流。到運(yùn)算放大器求和端的辦法來消除輸出失調(diào)電壓或電流。 52增益誤差增益誤差(或稱標(biāo)度誤差或稱標(biāo)度誤差)DA轉(zhuǎn)換器的輸出與輸入傳遞特性曲線的斜率稱為轉(zhuǎn)換器的輸出與輸入傳遞特性曲線的斜率稱為DA

43、轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換增益或標(biāo)度系數(shù)，增益或標(biāo)度系數(shù)，實(shí)際轉(zhuǎn)換的增益與理想增益之間的偏差值稱為增實(shí)際轉(zhuǎn)換的增益與理想增益之間的偏差值稱為增益誤差。益誤差。增益誤差在消除失調(diào)誤差后用滿碼增益誤差在消除失調(diào)誤差后用滿碼(全全1)輸入時(shí)，其實(shí)際輸出值輸入時(shí)，其實(shí)際輸出值與理想輸出值與理想輸出值(實(shí)際滿量程實(shí)際滿量程)之間的偏差表示，一般也用之間的偏差表示，一般也用LSB增益量增益量的份數(shù)或偏差值相對(duì)于滿量程的百分?jǐn)?shù)來度量。的份數(shù)或偏差值相對(duì)于滿量程的百分?jǐn)?shù)來度量。53一定溫度下的增益誤差也可以通過外部調(diào)整措施實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。一定溫度下的增益誤差也可以通過外部調(diào)整措施實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。如果校正前如果校正前DA的傳遞特性只存在有失

44、調(diào)誤差和增益誤差，的傳遞特性只存在有失調(diào)誤差和增益誤差，如上圖所示，消除失調(diào)誤差后，零點(diǎn)滿足理想輸出，再消除增益如上圖所示，消除失調(diào)誤差后，零點(diǎn)滿足理想輸出，再消除增益誤差時(shí)，傳遞特性為理想狀態(tài)。誤差時(shí)，傳遞特性為理想狀態(tài)。具體的調(diào)整方法是先對(duì)具體的調(diào)整方法是先對(duì)DA轉(zhuǎn)換器輸入全轉(zhuǎn)換器輸入全0碼，通過電位碼，通過電位器器W2加入偏置，將輸出失調(diào)電壓補(bǔ)償?shù)?；然后輸入全加入偏置，將輸出失調(diào)電壓補(bǔ)償?shù)?；然后輸入?碼，再通碼，再通過調(diào)整電位器過調(diào)整電位器W1改變改變IR大小，使輸出模擬電壓達(dá)到理想值。大小，使輸出模擬電壓達(dá)到理想值。圖圖 (a)是一種典型的單極性是一種典型的單極性DA轉(zhuǎn)換器的失調(diào)誤差

45、和增益誤差校正電路。轉(zhuǎn)換器的失調(diào)誤差和增益誤差校正電路。54非線性誤差非線性誤差 DA轉(zhuǎn)換的非線性誤差定義為實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想轉(zhuǎn)換的非線性誤差定義為實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想特性曲線特性曲線(通過兩端的直線通過兩端的直線)之間的最大偏差，并以該偏差相對(duì)之間的最大偏差，并以該偏差相對(duì)于滿量程的百分?jǐn)?shù)度量。在轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)中，一般都要求于滿量程的百分?jǐn)?shù)度量。在轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)中，一般都要求非線性誤差不大于非線性誤差不大于12LSB。DA轉(zhuǎn)換器的非線性誤差一般不能采用簡(jiǎn)單的外部校正轉(zhuǎn)換器的非線性誤差一般不能采用簡(jiǎn)單的外部校正辦法實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償。但是可以通過調(diào)整零點(diǎn)或增益使非線性辦法實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償。但是可以

46、通過調(diào)整零點(diǎn)或增益使非線性偏差值均勻散布在理想特性曲線的兩側(cè)而使非線性誤差大大偏差值均勻散布在理想特性曲線的兩側(cè)而使非線性誤差大大減小。減小。 55 (2) DA轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)指標(biāo) DA轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)有模擬電壓的建立時(shí)間等。轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)有模擬電壓的建立時(shí)間等。 建立時(shí)間建立時(shí)間(ts)。建立時(shí)間建立時(shí)間ts是描述是描述DA轉(zhuǎn)換速率快慢的一個(gè)重要參數(shù)，一般所指的轉(zhuǎn)換速率快慢的一個(gè)重要參數(shù)，一般所指的建立時(shí)間是指輸入數(shù)字量變化后，輸出模擬量穩(wěn)定到相應(yīng)數(shù)值范建立時(shí)間是指輸入數(shù)字量變化后，輸出模擬量穩(wěn)定到相應(yīng)數(shù)值范圍內(nèi)圍內(nèi)(穩(wěn)定值穩(wěn)定值，通常，通常=1/2LSB)所經(jīng)歷的時(shí)間。如圖

47、所示。所經(jīng)歷的時(shí)間。如圖所示。 56DA轉(zhuǎn)換器中的電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)及驅(qū)動(dòng)電路均非理想電轉(zhuǎn)換器中的電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)及驅(qū)動(dòng)電路均非理想電阻性器件，各種寄生參量及開關(guān)電路的延遲響應(yīng)特性均會(huì)造阻性器件，各種寄生參量及開關(guān)電路的延遲響應(yīng)特性均會(huì)造成有限的轉(zhuǎn)換速率，從而使轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生過渡過程。實(shí)際建立成有限的轉(zhuǎn)換速率，從而使轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生過渡過程。實(shí)際建立時(shí)間的長(zhǎng)短不僅與轉(zhuǎn)換器本身的轉(zhuǎn)換速率有關(guān)，還與數(shù)字量時(shí)間的長(zhǎng)短不僅與轉(zhuǎn)換器本身的轉(zhuǎn)換速率有關(guān)，還與數(shù)字量變化的大小有關(guān)。輸入數(shù)字從全變化的大小有關(guān)。輸入數(shù)字從全0變到全變到全1(或從全或從全1變到全變到全0)時(shí)，建立時(shí)間最長(zhǎng)，稱為滿量程變化的建立時(shí)間。一般

48、手冊(cè)時(shí)，建立時(shí)間最長(zhǎng)，稱為滿量程變化的建立時(shí)間。一般手冊(cè)上給出的都是滿量程變化建立時(shí)間。上給出的都是滿量程變化建立時(shí)間。根據(jù)建立時(shí)間根據(jù)建立時(shí)間ts的長(zhǎng)短，的長(zhǎng)短，DA轉(zhuǎn)換器分成以下幾檔：轉(zhuǎn)換器分成以下幾檔： 超高速超高速 100ns 較高速較高速 1 us 100ns 高高 速速 101 us 中中 速速 10010 us 低低 速速 100 us 57(3) 環(huán)境及工作條件影響指標(biāo)環(huán)境及工作條件影響指標(biāo) 一般情況下，影響一般情況下，影響DA轉(zhuǎn)換精度的主要環(huán)境和工作條轉(zhuǎn)換精度的主要環(huán)境和工作條件因素是溫度和電源電壓變化。件因素是溫度和電源電壓變化。 DA轉(zhuǎn)換器的工作溫度按產(chǎn)品等級(jí)分為轉(zhuǎn)換器的

49、工作溫度按產(chǎn)品等級(jí)分為軍級(jí)、工業(yè)級(jí)軍級(jí)、工業(yè)級(jí)和普通級(jí)，和普通級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)軍級(jí)品可工作于標(biāo)準(zhǔn)軍級(jí)品可工作于-5 5+1 2 5，工業(yè)，工業(yè)級(jí)工作溫度為級(jí)工作溫度為-2 5+8 5，而普通級(jí)工作溫度為，而普通級(jí)工作溫度為070。多數(shù)器件其靜、動(dòng)態(tài)指標(biāo)均為。多數(shù)器件其靜、動(dòng)態(tài)指標(biāo)均為2 5的環(huán)境溫度的環(huán)境溫度下測(cè)得的，環(huán)境溫度對(duì)各項(xiàng)精度指標(biāo)的影響用其溫度系下測(cè)得的，環(huán)境溫度對(duì)各項(xiàng)精度指標(biāo)的影響用其溫度系數(shù)來描述，例如失調(diào)溫度系數(shù)、增益溫度系數(shù)、微分非數(shù)來描述，例如失調(diào)溫度系數(shù)、增益溫度系數(shù)、微分非線性誤差的溫度系數(shù)等。線性誤差的溫度系數(shù)等。 DA轉(zhuǎn)換器受電源變化影響的指標(biāo)為電源變化抑制比轉(zhuǎn)換器受電源變

50、化影響的指標(biāo)為電源變化抑制比(PSRR)，它用電源變化它用電源變化1V時(shí)所產(chǎn)生的輸出誤差相對(duì)滿時(shí)所產(chǎn)生的輸出誤差相對(duì)滿量程的比值來描述，以量程的比值來描述，以ppmV表示表示。 58l2、DA轉(zhuǎn)換集成芯片轉(zhuǎn)換集成芯片為了簡(jiǎn)化為了簡(jiǎn)化DA轉(zhuǎn)換接口，提高接口的可靠性及穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)換接口，提高接口的可靠性及穩(wěn)定性，DA轉(zhuǎn)換集成芯片不斷地將一些轉(zhuǎn)換集成芯片不斷地將一些DA轉(zhuǎn)換外圍器件集成到芯轉(zhuǎn)換外圍器件集成到芯片內(nèi)部。主要結(jié)構(gòu)特征是：內(nèi)部帶有參考電壓源；大多數(shù)芯片內(nèi)部。主要結(jié)構(gòu)特征是：內(nèi)部帶有參考電壓源；大多數(shù)芯片有輸出放大器，可實(shí)現(xiàn)模擬電壓的單極性或雙極性輸出；片有輸出放大器，可實(shí)現(xiàn)模擬電壓的單極性或

51、雙極性輸出；由于帶有參考電壓源和輸出放大器，芯片的工作電源大多使由于帶有參考電壓源和輸出放大器，芯片的工作電源大多使用雙極性電源。用雙極性電源。 這類系列芯片主要有：這類系列芯片主要有： (1)AD558。AD558是能完全與微處理器兼容的廉價(jià)是能完全與微處理器兼容的廉價(jià)8位位DA轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換芯片，芯片，片內(nèi)帶有精密的能隙基準(zhǔn)電壓，總線接口簡(jiǎn)單，無須外加片內(nèi)帶有精密的能隙基準(zhǔn)電壓，總線接口簡(jiǎn)單，無須外加器件及微調(diào)器件及微調(diào)即可與單片機(jī)即可與單片機(jī)8位數(shù)據(jù)總線相連。該芯片可以使用單一位數(shù)據(jù)總線相連。該芯片可以使用單一+5V電源工作，但在這種狀態(tài)下只能輸出電源工作，但在這種狀態(tài)下只能輸出0+25 6V

52、模擬電壓，模擬電壓，要獲得雙極性電壓輸出時(shí)，要外接偏置電路。要獲得雙極性電壓輸出時(shí)，要外接偏置電路。 (2)DAC82。DAC82是是B-B公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的8位能完全與微處理器兼容位能完全與微處理器兼容的的DA轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換芯片，片內(nèi)帶有基準(zhǔn)電壓和調(diào)節(jié)電阻。無須外接器件片內(nèi)帶有基準(zhǔn)電壓和調(diào)節(jié)電阻。無須外接器件及微調(diào)及微調(diào)即可與單片機(jī)即可與單片機(jī)8位數(shù)據(jù)總線相連。芯片工作電壓為位數(shù)據(jù)總線相連。芯片工作電壓為1 5V，可以直接輸出單極性或雙極性的電壓可以直接輸出單極性或雙極性的電壓(0+1 0v，1 0V)和電流和電流(01.6mA，.8mA)。 59(3)DAC811。DAC811是是B-B

53、公司生產(chǎn)的微機(jī)兼容公司生產(chǎn)的微機(jī)兼容1 2位位DA轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部有精密的基準(zhǔn)電壓、微機(jī)接口邏輯、內(nèi)部有精密的基準(zhǔn)電壓、微機(jī)接口邏輯、雙緩沖鎖存器和電壓輸出放大器雙緩沖鎖存器和電壓輸出放大器。輸出模擬電壓為。輸出模擬電壓為1 0V、5v、+10v。快速的電流開關(guān)和激光微調(diào)薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)。快速的電流開關(guān)和激光微調(diào)薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)提高了轉(zhuǎn)換器的精度和速度。在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)非線提高了轉(zhuǎn)換器的精度和速度。在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)非線性誤差小于士性誤差小于士12LSB。(4)DAC7 08709。DAC708709是是B-B公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的1 6位位微機(jī)完全兼容的微機(jī)完全兼容的DA轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換芯

54、片，具有雙緩沖輸入寄存具有雙緩沖輸入寄存器，片內(nèi)有基準(zhǔn)電源及電壓輸出放大器。器，片內(nèi)有基準(zhǔn)電源及電壓輸出放大器。數(shù)字量可并行或數(shù)字量可并行或串行輸入，模擬量可電壓或電流輸出。串行輸入，模擬量可電壓或電流輸出。 60四、四、D/A實(shí)例實(shí)例l （一）串行輸入（一）串行輸入D/A芯片芯片TLC5615接口技術(shù)接口技術(shù)l （二）并行輸入芯片及接口技術(shù)（略，本科（二）并行輸入芯片及接口技術(shù)（略，本科知識(shí)）知識(shí)）61（一）串行輸入（一）串行輸入D/A芯片芯片TLC5615接口技術(shù)接口技術(shù)l TLC5615是具有是具有3線串行接口的數(shù)線串行接口的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。其輸模轉(zhuǎn)換器。其輸出為電壓型，最大輸出電壓是基準(zhǔn)電壓值的兩倍。出為電壓型，最大輸出電壓是基準(zhǔn)電壓值的兩倍。帶有上電復(fù)位功能，上電時(shí)把帶有上電復(fù)位功能，上電時(shí)把DAC寄存器復(fù)位至全寄存器復(fù)位至全0。