隨著現如今電源設計的多樣化，壓電陶瓷驅動電源開始占據市場的一席之地，其在一些特殊場合有著傳統電源無法比擬的優點。在本文中，小編將為大家介紹一種高分辨率的壓電陶瓷驅動電源系統結構及電路設計方案。

直流放大式壓電驅動電源的系統結構

驅動電源電路主要由微處理器、D/A轉換電路和線性放大電路組成。通過微處理器控制D/A產生高精度、連續可調的直流電壓(0~10V)，通過放大電路對D/A輸出的直流電壓做線性放大和功率放大從而控制PZT驅動精密定位平臺。

該設計中采用LPC2131作為微處理器，用于產生控制信號及波形;采用18位電壓輸出DA芯片AD5781作為D/A轉換電路的主芯片，產生連續可調的直流低壓信號;采用APEX公司的功率放大器PA78作為功率放大器件，輸出0~100V的高壓信號從而驅動PZT.為實現高分辨率壓電驅動器的應用，壓電驅動電源分辨率的設計指標達到1mV量級。

基于ARM的低壓電路設計

壓電陶瓷驅動電源中ARM控制器主要提供兩方面功能：作為通信設備提供通用的輸入/輸出接口;作為控制器運行相關控制算法以及產生控制信號或波形實現PZT的靜態定位操作。針對如上需求，本設計采用LPC2131作為主控制器，LPC2131是Philips公司生產的基于支持實時仿真和跟蹤的32位ARM7TDMI-S-CPU的微控制器，主頻可達到60MHz;LPC2131內部具有8KB片內靜態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具有較高的數據處理能力和豐富的接口資源使其能夠作為壓電驅動電源的控制芯片。

D/A電路設計

由于壓電驅動電源要求輸出電壓范圍為0~100V，分辨率達到毫伏級，所以D/A的分辨率需達到亞毫伏級。本設計采用AD5781作為D/A器件。AD5781是一款SPI接口的18位高精度轉換器，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轉換器芯片特別適合于精密模擬數據的獲取與控制。D/A電路設計如圖2所示。

在硬件電路設計中，由于AD5781采用的精密架構，要求強制檢測緩沖其電壓基準輸入，確保達到規定的線性度。因此選擇用于緩沖基準輸入的放大器應具有低噪聲、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/℃低失調漂移和2nA輸入偏置電流，因而能為AD5781提供精密電壓基準。通過下拉電阻將AD5781的CLR和LDAC引腳電平拉低，用于設置AD5781為DAC二進制寄存器編碼格式和配置輸出在SYNC的上升沿更新。

圖1AD5781硬件設計電路圖

在ARM端的軟件設計中，除正確配置AD5781的相關寄存器外，還應正確配置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

本文主要介紹了一種高分辨率的壓電陶瓷驅動電源系統結構及電路設計，幫助大家對于這種新型的驅動電源進行初步的認識與了解。隨著電路設計的復雜化，對于這種基礎電路知識的掌握將會是非常必要的，希望大家在閱讀過本文之后能夠有所收獲。

關鍵詞： ARM 驅動電源 壓電陶瓷 D A轉換 線性放大