高稳定度可编程电压基准的设计

2017-09-11王巨岩兰州石化公司设备维修公司仪表一车间甘肃兰州730060

化工管理 2017年23期

关键词：低电平高电平模拟量

王巨岩（兰州石化公司设备维修公司仪表一车间，甘肃兰州 730060）

刘宗昂（兰州石化炼油厂汽油加氢装置，甘肃兰州 730060）

高稳定度可编程电压基准的设计

王巨岩（兰州石化公司设备维修公司仪表一车间，甘肃兰州 730060）

刘宗昂（兰州石化炼油厂汽油加氢装置，甘肃兰州 730060）

AD669是美国AD公司生产的16位分辨率、电压输出型数模转换器。本文介绍了基于美国AD公司的16位高精度数模转换器AD669的电压基准的设计。

数模转换器；AD669；电压基准

AD669是美国AD公司生产的16位分辨率、电压输出型数模转换器。AD669的片内集成精密输出放大器提供模拟电压输出，具有片内集成的精密掩埋齐纳二极管基准和双缓冲锁存器。AD669的数字量输入是并行16位，双缓冲锁存器结构可以消除数据畸变，在多路DAC系统中，可以同时输出多个模拟量。芯片的控制信号与TTL/LSTTL/CMOS兼容。AD669的电压最大输出范围是-10V～+10V，模拟量输出建立时间短，具有良好的输出电压长期稳定性，非常适合用于高精度高稳定度数控电压基准的设计。

1 AD669的特点及引脚功能

AD669具有如下特点：

1、16位分辨率；

2、片内集成输出缓冲放大器；

3、片内集成高稳定度掩埋齐纳二极管基准；

4、片内10V基准

5、单极性输出0～+10V；

6、双极性输出-10V～+10V；

7、具有双缓冲输入锁存器；

8、并行16位输入；

9、与微处理器兼容。

AD669有28个管脚，采用DIP，Cerdip和SOIC三种封装形式，其排列顺序如图1所示，各管脚的功能是：

VEE：模拟电源－15V

VCC：模拟电源+15V

VLL：数字电源+5V

DGND：数字地

AGND：模拟地

图1.AD669管脚配置

L1：第一级锁存器锁存信号

CS：第一级锁存器选通信号

LDAC：第二级锁存器锁存信号

VOUT：模拟电压输出端

SPAN/BIP OFFSET：单/双极性选择端

REF IN：基准输入

REF OUT：基准输出

DB8～DB15：高8位数字量

DB0～DB7：低8位数字量

2AD669的结构和原理

AD669由两个16位数据锁存器，一个16位D/A转换器，+ 10V基准和输出放大器组成。转换器的两个16位数据锁存器可以分别控制，使用时有较大的灵活性，内部集成的输出放大器可以直接输出电压基准，其结构如图2所示。

AD669可以使用内部基准，也可以使用外接基准。其内部+10V基准是经过激光调整的低噪声掩埋齐纳二极管基准，误差小于±2%。当使用AD669内部基准时，增益漂移为15ppm/° C～25ppm/°C，如果需要实现长期稳定性好的模拟量电压输出，应考虑外接高精度低温度漂移的电压基准作为转换电压基准。

图2.AD669功能框图

AD669可以输出单极性模拟电压，也可以输出双极性模拟电压，在设计中可以根据需要通过管脚配置。在设计直流电源的远程可编程基准时，通常设计为单极性输出模式，其模拟输出电压是0～+10V。

3 控制时序

AD669的数字量输入采用两级16位数据锁存器结构，这种结构保证模拟量输出值的稳定输出。控制信号CS和L1控制第一级锁存器读取和锁存出现在数据总线上的16位数字量，当CS和L1同时为低电平时，16位数字量写入第一级锁存器，当CS和L1中的任何一个为高电平时，第一级锁存器锁存读入的16位数字量。第二级锁存器的控制和启动数模转换由LDAC控制，当LDAC为高电平时，16位数字量写入第二级锁存器，同时启动模数转换，在25脚（Vout）输出模拟量，当LDAC变为低电平时，第二级锁存器锁存16位数字量，其时序图如图3a所示，真值表见表1。为消除数字量畸变，第一级锁存器和第二级锁存器的操作间隔至少应有100ns的间隔。由于第一级锁存器和第二级锁存器的控制信号相互独立，可以有效地提高芯片的抗干扰能力，各控制信号的操作周期见表2。

图3.AD669的控制时序

表1.真值表

表2.信号周期

4 与AT89C51的接口电路

AT89C51是8位数据总线，而AD669是16位并行数字量输入，因此在设计数模转换接口电路时可考虑使用数据锁存器，利用AD669的两级数据锁存器结构，将16位数字量写入AD669，从而实现16位分辨率的数模转换。电路原理如图4所示。

图4.模数转换原理图

图中锁存器74HC573锁存AT89C51第一次写出的高8位数字量，当AT89C51写出低8位数字量时，与74HC573的输出组成16位数字量。同时控制AD669片选端CS和第一级锁存器使能端L1的信号CS669为低电平，使16位数字量同时写入AD669的第一级锁存器，当CS669变为高电平时，第一级锁存器锁存16位数字量。控制信号P16由低电平变为高电平时，第一级锁存器中的16位数字量写入第二级锁存器，随后进行数模转换，在25脚输出模拟量。控制信号P16由高电平变为低电平时，数字量被锁存于AD669的第二级锁存器。AD688是高精度、高稳定度、低温度漂移的+10V电压基准，其输出噪声低于6 μVP-P（0.1Hz～10Hz），输出长期稳定度典型值为15ppm/1000小时。为AD669提供+10V转换基准。W1为模拟量输出调零电位器，W2为满量程调节电位器。

汇编语言程序设计如下：

VOLTAGE_W: ；DAC子程序，输出+5.0000V

CLR P1.6 ；禁止DAC输出

MOV A,#80H ；高8位数字量

MOV DPTR,#5FFDH ；写入74HC573地址并锁存

MOVX@DPTR,A

MOV A,#00H ；写低8位数字量

MOV DPTR,#0DFFFH；AD669第一级锁存器操作

MOVX@DPTR,A ；地址，16位数字量写入

SETB P1.6 ；16位数字量写入AD669第二级

；锁存器，同时完成数模转换

CLR P1.6 ；AD669第二级锁存器锁存

；16位数字量

RET

5 结语

基于AD669的可编程电压基准具有高精度、高分辨率、高稳定度的性能和较低的温度系数，作为设备的远程控制基准，实现了对电压基准的高精度调节。经测试，其作为远程控制调节基准的模拟量输出在+0.125V～+10V范围内，其长期稳定度好于5×10－5，其它性能参数为：①0－+10V编程可调；②长期稳定度好于4×10－5；③非线性误差2×10－4；④增益误差1×10－5；⑤重复误差5×10－5；⑥输出电流0－+10mA。图5为模糊量输出为1.68V时的长期趋势图，其长期稳定度为2×10－5