壓電陶瓷驅(qū)動電源在微位移動平臺中的地位較為重要，這主要是因為微位移的發(fā)生主要依靠壓電陶瓷驅(qū)動電源，此外，由于其響應(yīng)速度快、體積小等特點，近年來在其他領(lǐng)域的應(yīng)用也開始逐漸增多。本文就將針對基于ARM的壓電陶瓷驅(qū)動電源2D/A電路設(shè)計進(jìn)行講解。

壓電陶瓷驅(qū)動電源中ARM控制器主要提供兩方面功能：作為通信設(shè)備提供通用的輸入/輸出接口。作為控制器運行相關(guān)控制算法以及產(chǎn)生控制信號或波形實現(xiàn)PZT的靜態(tài)定位操作。針對如上需求，本設(shè)計采用LPC2131作為主控制器，LPC2131是Philips公司生產(chǎn)的基于支持實時仿真和跟蹤的32位ARM7TDMI-S-CPU的微控制器，主頻可達(dá)到60MHz。LPC2131內(nèi)部具有8KB片內(nèi)靜態(tài)RAM和32KB嵌入的高速FLASH存儲器。具有兩個通用UART接口、I2C接口和一個SPI接口。由于LPC2131具有較高的數(shù)據(jù)處理能力和豐富的接口資源使其能夠作為壓電驅(qū)動電源的控制芯片。

2D/A電路設(shè)計

圖1

由于壓電驅(qū)動電源要求輸出電壓范圍為0~100V，分辨率達(dá)到毫伏級，所以D/A的分辨率需達(dá)到亞毫伏級。本設(shè)計采用AD5781作為D/A器件。AD5781是一款SPI接口的18位高精度轉(zhuǎn)換器，輸出電壓范圍-10~10V，提供±0.5LSBINL，±0.5LSBDNL和7.5nV/Hz噪聲頻譜密度。另外，AD5781還具有極低的溫漂（0.05ppm/℃）特性。因此，該D/A轉(zhuǎn)換器芯片特別適合于精密模擬數(shù)據(jù)的獲取與控制。D/A電路設(shè)計如圖1所示。

在硬件電路設(shè)計中，由于AD5781采用的精密架構(gòu)，要求強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、36V、2.8nV/Hz雙通道運算放大器，具有0.6μV/℃低失調(diào)漂移和2nA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。

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2所示。

圖2 主模式下的SPI通信時序圖

本文主要針對基于ARM的壓電陶瓷驅(qū)動電源2D/A電路設(shè)計進(jìn)行了講解。幫助讀者進(jìn)一步理解這種特殊電源在設(shè)計中的獨特之處與作用，對壓電陶瓷驅(qū)動電源有興趣的朋友不妨花上幾分鐘來閱讀本文，相信會有意想不到的收獲。