基于ARM 的高分辨率壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)方案（二）

4 驅(qū)動(dòng)電源實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的穩(wěn)壓電源采用長(zhǎng)峰朝陽(yáng)電源公司的4NIC-X56ACDC 直流電源，輸出電壓精度≤1%,電壓調(diào)整率≤0.5%,電壓紋波≤1 mV(RMS)、10 mV(P-P)。測(cè)量設(shè)備采用KEITHLEY 2000 6 1/2Multimeter.

首先對(duì)DAC輸出分辨率進(jìn)行測(cè)量，ARM控制器輸出持續(xù)5 s的階躍信號(hào)，同時(shí)在DAC輸出端對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量結(jié)果部分顯示見(jiàn)圖8.圖8 中顯示AD5781的輸出電壓分辨率可達(dá)3.89e-5 V,即38.9 μV.

在模擬電路中，噪聲是不可避免的。對(duì)于壓電驅(qū)動(dòng)電源來(lái)說(shuō)，噪聲的等級(jí)限制了驅(qū)動(dòng)電源的輸出分辨率。

圖8、9分別給出經(jīng)典放大電路和改進(jìn)后的放大電路的測(cè)試噪聲。從圖中可得通過(guò)使用PI控制器和相位補(bǔ)償元件將壓電驅(qū)動(dòng)電源的輸出噪聲從1.82 mV(RMS)降低至0.43 mV(RMS)。

圖10給出了放大電路的輸出分辨率，放大電路的分辨率決定了PZT的定位精度，如要實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的定位精度，驅(qū)動(dòng)電源的分辨率需要達(dá)到毫伏級(jí)。圖10中，輸出電壓的分辨率可達(dá)到1.44 mV.

最后，給出驅(qū)動(dòng)電源電壓線性度曲線。線性度能夠真實(shí)的反映出輸出值相對(duì)于輸入真值的偏差程度。

線性度曲線如圖11所示。得到擬合直線Yfit=9.846Vin+0.024 2,最大非線性誤差為0.024%,能夠滿足精密定位需求。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的基于ARM的高分辨率壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的方案，該方案采用直流放大原理，具有低電路噪聲、高分辨率和低輸出非線性度等特性，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電源的帶寬可達(dá)100 kHz.以上特性使本方案的壓電驅(qū)動(dòng)電源能夠應(yīng)用于納米級(jí)靜態(tài)定位的需求，由于其性價(jià)比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故具有很高的實(shí)用價(jià)值。而實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明：本方案所設(shè)計(jì)的電源輸出電壓噪聲低于0.43 mV、輸出最大非線性誤差低于0.024%、分辨率可達(dá)1.44 mV,能夠滿足高分辨率微位移定位系統(tǒng)中靜態(tài)定位控制的需求。