基于PXI總線的高精度恒流源設(shè)計(jì)

摘要：給出了一種基于PXI總線的高精度恒流源的實(shí)現(xiàn)方法，介紹了其電路各個(gè)組成部分。測量結(jié)果其精度和分辨率均為15．7位，可應(yīng)用于要求高精度的測試系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：PXI；恒流源；精度；測試

在航天設(shè)備測試中，陀螺和加速度計(jì)測試是不可缺少的重要組成部分。隨著陀螺與加速度計(jì)精度水平的提高，測試過程中對其激勵(lì)源-恒流源的精度要求越來越高。本文給出了一種基于PXI總線的高精度恒流源設(shè)計(jì)，并已成功應(yīng)用于很多航天型號(hào)的陀螺和加速度計(jì)測試中。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
如圖1所示，系統(tǒng)通過PXI總線與上位機(jī)進(jìn)行通信，本地總線與PXI總線通過PXI接口電路連接。PXI接口電路將PXI總線指令翻譯成本地局部總線傳給FPGA，通過FPGA將PXI總線傳輸給D／A進(jìn)行轉(zhuǎn)換，D／A轉(zhuǎn)換后的電壓經(jīng)V／I轉(zhuǎn)換為高精度電流輸出給用戶。

2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)
2．1 PXI接口電路
面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展PXI (PCIeXtensionsforInstrumentation)是一種堅(jiān)固的基于PC的測量和自動(dòng)化平臺(tái)。PXI充分利用了當(dāng)前最普及的臺(tái)式計(jì)算機(jī)高速標(biāo)準(zhǔn)接口——PCI，結(jié)合了PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅(jiān)固性、模塊化及Eurocard機(jī)械封裝的特性，并增加了專門的同步總線和主要軟件特性。這使它成為測量和自動(dòng)化系統(tǒng)的高性能、低成本運(yùn)載平臺(tái)。
目前實(shí)現(xiàn)PXI接口電路的方式主要由兩種：采用可編程邏輯電路和專用芯片。由于采用可編程邏輯電路實(shí)現(xiàn)起來比較占用芯片內(nèi)部的資源，本板采用專用芯片來實(shí)現(xiàn)PXI總線與本地總線之間的轉(zhuǎn)換。
PCI9054是PLX公司生產(chǎn)的PXI總線通用接口芯片，采用先進(jìn)的PLX數(shù)據(jù)管道結(jié)構(gòu)技術(shù)，符合PXIV2．1和V2．2規(guī)范。PCI9054有3種工作模式：M、C和J；本板采用局部總線16位、地址數(shù)據(jù)不復(fù)用、從操作的C模式。
2．2 FPGA電路
FPGA內(nèi)部邏輯實(shí)現(xiàn)本地總線的譯碼、產(chǎn)生D／A時(shí)序以及讀取板上溫度傳感器測試的溫度值等功能。采用Xilinx公司的XC3S500E，該芯片的等效邏輯門數(shù)為50萬，同時(shí)還具有158個(gè)用戶I／O、65個(gè)差分I／O對、73kB的分布式RAM、360kB的RAM和20個(gè)專用乘法器。編程語言選擇Verilog。
2．3 高速數(shù)字隔離
為了避免計(jì)算機(jī)側(cè)的數(shù)字信號(hào)對輸出電流產(chǎn)生干擾，因此必須加一級(jí)數(shù)字隔離電路，本板采用S18440來對兩邊的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行隔離。器件利用標(biāo)準(zhǔn)全CMOS技術(shù)設(shè)計(jì)多組芯片級(jí)變壓器以提供4通道隔離功能，體積小、成本低，并能提供2500VRMS的電氣隔離能力。