基于Multibus總線的隔離AD／DA模塊設計

2 買現(xiàn)方法
2．1 主要元器件選擇
在本設計中采用成熟技術(shù)，選用常用、可靠的控制芯片，結(jié)合一些常用的外圍電路和專用電路實現(xiàn)全部的功能。由于對精度要求特別高，因此，在選用器件時，應特別注意。
選擇ALTERA公司EPF10K20R1240作為接口芯片，利用功能芯片實現(xiàn)硬件邏輯。
A／D和D／A的精度主要由轉(zhuǎn)換芯片的位數(shù)決定。實際使用精度，即相當于12位的轉(zhuǎn)換精度(0.025％)。16位轉(zhuǎn)換芯片的精度可達0.0015 3％。考慮轉(zhuǎn)換芯片本身及其它器件的誤差，選用16位精度的A／D轉(zhuǎn)換芯片ADS7821和D／A轉(zhuǎn)換芯片DAC715。ADS7821是帶采樣保持的高精度A／D芯片。其輸入范圍為O～5V，單一+5V供電，轉(zhuǎn)換完成時間為10 μs。最大線性誤差±4LSB，即其精度可達0．0061％。DAC715是0～10V輸出范圍的高精度D／A芯片。±15V供電，轉(zhuǎn)換完成時間為10μs。最大線性誤差±2LSB，即精度可達0．0031％。
在對于其它器件的選擇上，同樣考慮了其精度問題，選用誤差非常小或?qū)扔绊懛浅Ｐ〉钠骷?。隔離運放選用高精度隔離運放IOS120 P，它的非線性誤差≤0．010％。電壓電流變換器XTR110的最大非線性誤差為0．005％。同樣，DC／DC電源也選用紋波非常小的模塊。
這樣系統(tǒng)的A／D輸入的理論誤差為A／D轉(zhuǎn)換誤差加隔離誤差：0．0061％+0．010％=0．0161％，滿足用戶要求的0．025％。D／A輸出的理論誤差為D／A轉(zhuǎn)換誤差加隔離誤差加電壓電流轉(zhuǎn)換誤差：0．0031％+0．010+0．005％=0．0181％，同樣滿足使用要求。
2．2 電源設計
系統(tǒng)電源包括+5V、+15V、-15V、+24V。
模塊所需的核心電壓為+5V，電壓電流變換器XTR110所需的+24V由系統(tǒng)的電源模塊提供。隔離器件的隔離+5V電壓，由DC／DC隔離電源模塊UWR-5／1600-D5A提供。
AD、DA芯片需要提供+15V、-15V兩種電源。則由DC／DC隔離電源模塊UWR-15／275-D5A提供。選用DC／DC隔離電源模塊的特點是效率高、升降壓靈活且穩(wěn)定性高。
2．3 電壓電流變換設計
根據(jù)實際需求，需要把DA轉(zhuǎn)換后的模塊電壓量，變換成所需的電流量。因此隔離后的電壓量經(jīng)過電壓電流變換器XTR110得到4～20mA的電流量輸出。如圖2所示：

2．4 抗干擾性設計
信號經(jīng)過30m傳輸后串入的干擾很可能比較大。輸入的采樣信號為低頻信號，為了減小干擾信號對轉(zhuǎn)換精度的影響，除了對輸入的信號進行隔離外，在多路開關(guān)進行通道選擇前加一級RC低頻濾波以提高抗干擾性。同時將RC低頻濾波電路放在通道選擇前，這樣整個通道的建立到轉(zhuǎn)換完成時間也會大大減少。