程序控制電壓源及其電磁兼容性設(shè)計(jì)

程序控制電壓源及其電磁兼容性設(shè)計(jì)

摘要：介紹了幾種典型的程序控制電壓源及其電磁兼容性設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)換器；電壓源；電磁兼容

Voltage Source for Program Control and Its Design of Electromagnetic Compatibility

LIN Zhan-jiang

Abstract:The typical voltage source for program control and its design of electromagnetic compatibility are introduced.

Keywords:Converter;Voltage source;Electromagnetic compatibility???

1?? 引言

??? 在一些電子儀器設(shè)備中，經(jīng)常需要性能優(yōu)良的可調(diào)整的電壓源或電流源，以往大多采用運(yùn)算放大器來(lái)完成。現(xiàn)在，隨著集成A/D，D/A轉(zhuǎn)換器精度的提高，已廣泛地采用A/D，D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成精密的程序控制的電壓源或電流源。至于選擇何種類(lèi)型的轉(zhuǎn)換器，輸出量是電壓還是電流，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況決定。另外，轉(zhuǎn)換器所處的系統(tǒng)充滿(mǎn)了各種形式的噪聲，有噪聲必然產(chǎn)生測(cè)量誤差，有誤差必然降低測(cè)量精度。電磁干擾是影響測(cè)量精度的主要因素，因此，在設(shè)計(jì)含有轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)時(shí)，要采取行之有效的措施加以消除。

2?? 典型的程序控制電壓源

??? 以下用D/A轉(zhuǎn)換器為例闡述程序控制電壓源的工作原理。D/A轉(zhuǎn)換器的輸出量為電壓輸出時(shí)，其本身就是一個(gè)較好的精密程序控制電壓源。其中被控電壓的精度依賴(lài)于D/A轉(zhuǎn)換器的相對(duì)精度。圖1是一個(gè)基本程控電壓源電路。

圖1?? 數(shù) 控 可 編 程 電 壓 源

??? 在這里需要指出，輸出驅(qū)動(dòng)能力夠用時(shí)，放大器A2可以不用。根據(jù)D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理，該電路應(yīng)滿(mǎn)足如下傳輸函數(shù)：

??? UO=（UR/RR）RFai·2－i??? （1）

式中：ai——第i位的輸入數(shù)字量，i=1,2,…，n，ai的值為“1”或“0”；

????? UR——參考電壓；

????? RR——參考輸入電阻；

????? RF——放大器的反饋電阻。

??? 對(duì)于偏移二進(jìn)制碼，其傳輸函數(shù)為：

??? UO=（UR/RR）RF（ai·2－i－1/2)?? （2）

??? 從式（1）、（2）可知，輸出電壓是參考電流IR=VR/Rr、反饋電阻Rf和輸入數(shù)字量的函數(shù)。改變參考電流IR和反饋電阻Rf，即改變最大輸出幅度，改變輸入數(shù)字代碼即可控制輸出電壓的數(shù)值。也就是編程是通過(guò)改變D/A轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)字量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

??? 如果所需要的一組電源各路輸出都具有整數(shù)倍或乘冪關(guān)系時(shí)，可以直接用n個(gè)乘法型的D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成程控系列電源，如圖2所示。圖中各路電源進(jìn)行迭代相乘，其關(guān)系為：

??? U1=－URD

圖2?? 數(shù)控系列電源

??? U2=－U1D=URD2

???????? ……

??? Un=－Un－1D=(－1)nURDn

式中：D——輸入數(shù)字量。

??? 圖3是一種實(shí)用的程序控制電壓源，它應(yīng)用在計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試設(shè)備中的接口電路里。

圖3?? 程序控制電壓源

??? 該電路能輸出0～20V電壓，共有1024個(gè)步長(zhǎng)的程控電壓源，每個(gè)步長(zhǎng)20mV，穩(wěn)壓二極管作參考基準(zhǔn)電壓，晶體管V1-3作電壓和電流放大，數(shù)字輸入量源自計(jì)算機(jī)的輸出總線。

整個(gè)電路調(diào)節(jié)程序是：先將數(shù)字輸入置全“1”調(diào)節(jié)W，使VO=20V，然后將數(shù)字輸入置全“0”，調(diào)節(jié)運(yùn)算放大器，使VO=0。

3?? 程控電壓源的電磁兼容性設(shè)計(jì)

??? 選擇合適的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器，只是設(shè)計(jì)工作的起點(diǎn)。對(duì)于任何轉(zhuǎn)換器所處的具體系統(tǒng)往往需要綜合考慮，尤其是在系統(tǒng)中存在電源電壓波動(dòng)和其它噪聲時(shí)，必須確保轉(zhuǎn)換器的正常運(yùn)行。這是因?yàn)樵陔娐分?，噪聲很容易淹沒(méi)一位或多位數(shù)字信號(hào)，這在高速高精度的系統(tǒng)中危害特別巨大。因此，有效的合理的電磁兼容性設(shè)計(jì)是必不可少的。

??? 在電磁兼容性設(shè)計(jì)時(shí)要遵循以下準(zhǔn)則：

??? 1）切斷電磁輻射進(jìn)入轉(zhuǎn)換器內(nèi)部產(chǎn)生互相干擾的通道，減少空間耦合。

??? 2）防止外部設(shè)備產(chǎn)生的干擾，各種脈沖調(diào)制信號(hào)（雷達(dá)、無(wú)線電波、電視信號(hào)），電磁場(chǎng)的變化等因素的影響，必須對(duì)電磁效應(yīng)敏感的器件和部件采取屏蔽保護(hù)，比如：外殼屏蔽，電纜濾波和內(nèi)部的電纜屏蔽。

??? 3）合理設(shè)計(jì)電路，正確地選擇器件和電路，準(zhǔn)確地計(jì)算器件和電路的各種參數(shù)，制定識(shí)別和隔離臨界電路的措施以及采用抑制干擾的技術(shù)方案，盡量選擇高的工作信號(hào)電平，符合器件和電路的實(shí)際載荷能力，注意“接口”設(shè)計(jì)。

??? 4）采用高穩(wěn)定度的穩(wěn)壓電源，提高電源電壓靈敏度，減少因電源波動(dòng)所引起的線性誤差、增益誤差和調(diào)整誤差等，確保精度的穩(wěn)定可靠。

??? 5）正確接地與電路布局，考慮到不同頻率段干擾的特點(diǎn)和電路的種類(lèi)接地點(diǎn)可選擇：

??? ——浮動(dòng)接地；

??? ——一點(diǎn)接地；

??? ——多點(diǎn)接地。

??? 合理的電路布局應(yīng)該是：

??? ——正確布置元器件的位置和方向；

??? ——不同用途，不同電平的連接線，如輸入線與輸出線，弱電線與強(qiáng)電線要遠(yuǎn)離，更不能平行，高頻線要盡量短，傳輸線要加屏蔽，接地線要短而粗。

??? ——對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的工作系統(tǒng)（既包括不同頻率的工作電路，也包括微電、弱電和強(qiáng)電的不同子系統(tǒng)），要合理布局。在EMC設(shè)備中，對(duì)不同電路的地線應(yīng)分小信號(hào)、大信號(hào)，及繼電和功率電路分別設(shè)置，連同機(jī)殼的地線應(yīng)分三套或四套接地。

??? 總之，電磁兼容性設(shè)計(jì)是多種多樣的，有一點(diǎn)必須明確，那就是要有針對(duì)性，要行之有效。

4?? 結(jié)語(yǔ)

??? A/D、D/A轉(zhuǎn)換器既處在自身所在系統(tǒng)內(nèi)電子設(shè)備所產(chǎn)生的電磁環(huán)境中，又處在系統(tǒng)之外自然界和人為產(chǎn)生的電磁輻射環(huán)境之中，因此，電磁環(huán)境對(duì)轉(zhuǎn)換器的性能產(chǎn)生潛在的不利影響，容易造成其性能劣化，甚至功能喪失，這就要求設(shè)計(jì)人員不但要高度重視電磁兼容性問(wèn)題，而且還要采取有效的措施加以消除。