Diseño de PWM DAC de 12 bits basado en un microordenador de un solo chip
En los instrumentos del transmisor y controlador hechos por un microordenador de un solo chip, cuando se necesita emitir la señal de CC de 1-5V o 4-20mA, generalmente se usa un chip D / A dedicado, que generalmente es de una pieza por canal. Cuando la precisión de la señal de salida es alta, el número de bits del chip D / A también aumentará en consecuencia. En instrumentos industriales, generalmente se aumenta a 12 dígitos. El precio de D / A de 12 bits es actualmente mucho más alto que el precio del microordenador de un solo chip, y la cantidad de líneas de interfaz ocupadas también es grande. Especialmente en los casos en que se requiere aislamiento, el número de fotoacopladores requerido es equivalente al de la línea de interfaz, lo que resulta en un gran aumento en el número de componentes, lo que aumenta el volumen y el costo. Si la salida D / A se completa mediante el método PWM en el instrumento controlado por el microordenador de un solo chip, el costo se reducirá a aproximadamente una décima parte del chip D / A de 12 bits. Hemos adoptado este método en el medidor de flujo de la serie S, el efecto de uso es muy ideal. A continuación se presenta el principio de PWM D / A.
[2]. Principio del circuito
La precisión del convertidor D / A general de 12 bits que se proporciona en el manual es de ± 1 / 2LSB, y el índice completo de deriva de temperatura es de 20-50ppm / ℃. Los dos índices anteriores pueden cumplir los requisitos en el instrumento de nivel 0.2. El circuito puede alcanzar los dos indicadores anteriores.
Usar el amplificador operacional como un buffer para la salida del filtro RC es de gran beneficio. No solo mejora la capacidad de carga del circuito de filtro, sino que también mejora la linealidad. Del experimento se puede ver que el efecto de amortiguación de este nivel de amplificador operacional es un enlace importante para garantizar la precisión y la linealidad de todo el D / A. Aunque el filtro RC está descargado y funciona en condiciones muy ideales, Vo no es completamente proporcional al ciclo de trabajo.
Esto se debe a que el condensador utilizado no es un condensador puro, que contiene una cierta inductancia. Cuando el ciclo de trabajo es extremadamente pequeño, debido a que el pulso es muy estrecho, la frecuencia de los armónicos más altos que genera es muy alta, y la inductancia de la inductancia a los armónicos más altos es grande. Sin embargo, la carga real del condensador es realmente muy pequeña. Esto produce no linealidad durante pulsos estrechos. Cuando se usan condensadores no inductivos, esta no linealidad mejora enormemente, pero aún no coinciden completamente. Dado que la capacitancia del capacitor no inductivo es demasiado pequeña y el precio es relativamente alto, no tiene importancia práctica en un circuito de filtro constante de tiempo grande. El método para resolver este problema en el uso práctico es descartar la parte no lineal de la raíz y usar solo la parte lineal. En los instrumentos industriales, la señal estándar es generalmente 1-5V o 4-20mA. La parte no lineal de la curva 2 está por debajo de 0.4V, por lo que cuando se usa la señal de salida de 1-5V, la precisión es de 0.03%, lo que cumple completamente con los requisitos de D / A de 12 bits.
Además de los requisitos de precisión, las características de temperatura también deben cumplir los requisitos. La razón principal de las características de temperatura son las características de temperatura de la fuente de alimentación de precisión de 5V y el amplificador operacional. Para no hacer que el precio sea demasiado alto, se utilizan diodos estabilizadores de voltaje de precisión 2DW232, la resistencia del amplificador operacional y la resistencia del filtro deben coincidir y el coeficiente de temperatura es ≤25ppm. El amplificador operacional se puede seleccionar con una deriva de temperatura de ≤10uV / ℃. Generalmente, los amplificadores operacionales de deriva de baja temperatura y bajo costo pueden cumplir con este índice. Después de adoptar las medidas anteriores, la deriva de temperatura total de D / A es de 33 ppm / ℃.
[3] Datos medidos
Dado que esta línea se utiliza en un instrumento de precisión de nivel 0.2, se deben cumplir las características de linealidad y temperatura Además, estos datos deben medir el error entre el valor de la fuente de alimentación de 4-20 mA y el valor de corriente dado después de la conversión V / I. Este error también incluye el error de conversión V / I. Por lo tanto, el error D / A real es menor que el error total.
A partir de los datos anteriores, la linealidad de la escala completa es 0.04%, la deriva de temperatura de la escala completa es 0.033% / 10 ℃, el tiempo de respuesta del sistema es de aproximadamente 2.2s, y el tiempo utilizado cuando la señal de salida difiere del valor estándar en 0.1% es 11s.
[四] Conclusión
El circuito D / A descrito anteriormente es de estructura simple y fácil de entender. Se puede aplicar a las computadoras de un solo chip 8098 y 8031. El autor utiliza la entrada y salida de alta velocidad de cuatro canales 8098 de un solo chip para controlar cuatro salidas D / A de precisión al mismo tiempo. Se agrega un circuito de conversión de nivel V / I en la parte posterior para formar una salida de corriente estándar de 4-20 mA. El circuito se ha aplicado en el campo durante más de un año, y el efecto es muy bueno, lo cual es adecuado para todos los requisitos de los instrumentos de nivel de corriente 0.2.