高穩(wěn)定度可編程電壓基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)

王巨巖（蘭州石化公司設(shè)備維修公司儀表一車間，甘肅 蘭州 730060）

劉宗昂（蘭州石化煉油廠汽油加氫裝置，甘肅 蘭州 730060）

高穩(wěn)定度可編程電壓基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)

王巨巖（蘭州石化公司設(shè)備維修公司儀表一車間，甘肅 蘭州 730060）

劉宗昂（蘭州石化煉油廠汽油加氫裝置，甘肅 蘭州 730060）

AD669是美國AD公司生產(chǎn)的16位分辨率、電壓輸出型數(shù)模轉(zhuǎn)換器。本文介紹了基于美國AD公司的16位高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD669的電壓基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器；AD669；電壓基準(zhǔn)

AD669是美國AD公司生產(chǎn)的16位分辨率、電壓輸出型數(shù)模轉(zhuǎn)換器。AD669的片內(nèi)集成精密輸出放大器提供模擬電壓輸出，具有片內(nèi)集成的精密掩埋齊納二極管基準(zhǔn)和雙緩沖鎖存器。AD669的數(shù)字量輸入是并行16位，雙緩沖鎖存器結(jié)構(gòu)可以消除數(shù)據(jù)畸變，在多路DAC系統(tǒng)中，可以同時(shí)輸出多個模擬量。芯片的控制信號與TTL/LSTTL/CMOS兼容。AD669的電壓最大輸出范圍是-10V～+10V，模擬量輸出建立時(shí)間短，具有良好的輸出電壓長期穩(wěn)定性，非常適合用于高精度高穩(wěn)定度數(shù)控電壓基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)。

1 AD669的特點(diǎn)及引腳功能

AD669具有如下特點(diǎn)：

1、16位分辨率；

2、片內(nèi)集成輸出緩沖放大器；

3、片內(nèi)集成高穩(wěn)定度掩埋齊納二極管基準(zhǔn)；

4、片內(nèi)10V基準(zhǔn)

5、單極性輸出0～+10V；

6、雙極性輸出-10V～+10V；

7、具有雙緩沖輸入鎖存器；

8、并行16位輸入；

9、與微處理器兼容。

AD669有28個管腳，采用DIP，Cerdip和SOIC三種封裝形式，其排列順序如圖1所示，各管腳的功能是：

VEE：模擬電源－15V

VCC：模擬電源+15V

VLL：數(shù)字電源+5V

DGND：數(shù)字地

AGND：模擬地

圖1.AD669管腳配置

L1：第一級鎖存器鎖存信號

CS：第一級鎖存器選通信號

LDAC：第二級鎖存器鎖存信號

VOUT：模擬電壓輸出端

SPAN/BIP OFFSET：單/雙極性選擇端

REF IN：基準(zhǔn)輸入

REF OUT：基準(zhǔn)輸出

DB8～DB15：高8位數(shù)字量

DB0～DB7：低8位數(shù)字量

2AD669的結(jié)構(gòu)和原理

AD669由兩個16位數(shù)據(jù)鎖存器，一個16位D/A轉(zhuǎn)換器，+ 10V基準(zhǔn)和輸出放大器組成。轉(zhuǎn)換器的兩個16位數(shù)據(jù)鎖存器可以分別控制，使用時(shí)有較大的靈活性，內(nèi)部集成的輸出放大器可以直接輸出電壓基準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

AD669可以使用內(nèi)部基準(zhǔn)，也可以使用外接基準(zhǔn)。其內(nèi)部+10V基準(zhǔn)是經(jīng)過激光調(diào)整的低噪聲掩埋齊納二極管基準(zhǔn)，誤差小于±2%。當(dāng)使用AD669內(nèi)部基準(zhǔn)時(shí)，增益漂移為15ppm/° C～25ppm/°C，如果需要實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定性好的模擬量電壓輸出，應(yīng)考慮外接高精度低溫度漂移的電壓基準(zhǔn)作為轉(zhuǎn)換電壓基準(zhǔn)。

圖2.AD669功能框圖

AD669可以輸出單極性模擬電壓，也可以輸出雙極性模擬電壓，在設(shè)計(jì)中可以根據(jù)需要通過管腳配置。在設(shè)計(jì)直流電源的遠(yuǎn)程可編程基準(zhǔn)時(shí)，通常設(shè)計(jì)為單極性輸出模式，其模擬輸出電壓是0～+10V。

3 控制時(shí)序

AD669的數(shù)字量輸入采用兩級16位數(shù)據(jù)鎖存器結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)保證模擬量輸出值的穩(wěn)定輸出?？刂菩盘朇S和L1控制第一級鎖存器讀取和鎖存出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上的16位數(shù)字量，當(dāng)CS和L1同時(shí)為低電平時(shí)，16位數(shù)字量寫入第一級鎖存器，當(dāng)CS和L1中的任何一個為高電平時(shí)，第一級鎖存器鎖存讀入的16位數(shù)字量。第二級鎖存器的控制和啟動數(shù)模轉(zhuǎn)換由LDAC控制，當(dāng)LDAC為高電平時(shí)，16位數(shù)字量寫入第二級鎖存器，同時(shí)啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換，在25腳（Vout）輸出模擬量，當(dāng)LDAC變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，第二級鎖存器鎖存16位數(shù)字量，其時(shí)序圖如圖3a所示，真值表見表1。為消除數(shù)字量畸變，第一級鎖存器和第二級鎖存器的操作間隔至少應(yīng)有100ns的間隔。由于第一級鎖存器和第二級鎖存器的控制信號相互獨(dú)立，可以有效地提高芯片的抗干擾能力，各控制信號的操作周期見表2。

圖3.AD669的控制時(shí)序

表1.真值表

表2.信號周期

4 與AT89C51的接口電路

AT89C51是8位數(shù)據(jù)總線，而AD669是16位并行數(shù)字量輸入，因此在設(shè)計(jì)數(shù)模轉(zhuǎn)換接口電路時(shí)可考慮使用數(shù)據(jù)鎖存器，利用AD669的兩級數(shù)據(jù)鎖存器結(jié)構(gòu)，將16位數(shù)字量寫入AD669，從而實(shí)現(xiàn)16位分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換。電路原理如圖4所示。

圖4.模數(shù)轉(zhuǎn)換原理圖

圖中鎖存器74HC573鎖存AT89C51第一次寫出的高8位數(shù)字量，當(dāng)AT89C51寫出低8位數(shù)字量時(shí)，與74HC573的輸出組成16位數(shù)字量。同時(shí)控制AD669片選端CS和第一級鎖存器使能端L1的信號CS669為低電平，使16位數(shù)字量同時(shí)寫入AD669的第一級鎖存器，當(dāng)CS669變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，第一級鎖存器鎖存16位數(shù)字量?？刂菩盘朠16由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，第一級鎖存器中的16位數(shù)字量寫入第二級鎖存器，隨后進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，在25腳輸出模擬量?？刂菩盘朠16由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，數(shù)字量被鎖存于AD669的第二級鎖存器。AD688是高精度、高穩(wěn)定度、低溫度漂移的+10V電壓基準(zhǔn)，其輸出噪聲低于6 μVP-P（0.1Hz～10Hz），輸出長期穩(wěn)定度典型值為15ppm/1000小時(shí)。為AD669提供+10V轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)。W1為模擬量輸出調(diào)零電位器，W2為滿量程調(diào)節(jié)電位器。

匯編語言程序設(shè)計(jì)如下：

VOLTAGE_W: ；DAC子程序，輸出+5.0000V

CLR P1.6 ；禁止DAC輸出

MOV A,#80H ；高8位數(shù)字量

MOV DPTR,#5FFDH ；寫入74HC573地址并鎖存

MOVX@DPTR,A

MOV A,#00H ；寫低8位數(shù)字量

MOV DPTR,#0DFFFH；AD669第一級鎖存器操作

MOVX@DPTR,A ；地址，16位數(shù)字量寫入

SETB P1.6 ；16位數(shù)字量寫入AD669第二級

；鎖存器，同時(shí)完成數(shù)模轉(zhuǎn)換

CLR P1.6 ；AD669第二級鎖存器鎖存

；16位數(shù)字量

RET

5 結(jié)語

基于AD669的可編程電壓基準(zhǔn)具有高精度、高分辨率、高穩(wěn)定度的性能和較低的溫度系數(shù)，作為設(shè)備的遠(yuǎn)程控制基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了對電壓基準(zhǔn)的高精度調(diào)節(jié)。經(jīng)測試，其作為遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)基準(zhǔn)的模擬量輸出在+0.125V～+10V范圍內(nèi)，其長期穩(wěn)定度好于5×10－5，其它性能參數(shù)為：①0－+10V編程可調(diào)；②長期穩(wěn)定度好于4×10－5；③非線性誤差2×10－4；④增益誤差1×10－5；⑤重復(fù)誤差5×10－5；⑥輸出電流0－+10mA。圖5為模糊量輸出為1.68V時(shí)的長期趨勢圖，其長期穩(wěn)定度為2×10－5

圖5.模糊量輸出為1.68V的長期趨勢圖

[1]萬福君，潘松峰等.單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用.合肥:中國科技大學(xué)出版社,2001.

[2]AD669 Data Sheet,Analog Device Inc,1998.

[3]何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002.