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計。
  關鍵詞:轉換器;電壓源;電磁兼容
  1   引言
  在一些電子儀器設備中,經常需要性能優良的可調整的電壓源或電流源,以往大多采用運算放大器來完成。現在,隨著集成A/D,D/A轉換器精度的提高,已廣泛地采用A/D,D/A轉換器構成精密的程">

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技術頻道

程序控制電壓源及其電磁兼容性設計

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計。
  關鍵詞:轉換器;電壓源;電磁兼容
  1 引言
  在一些電子儀器設備中,經常需要性能優良的可調整的電壓源或電流源,以往大多采用運算放大器來完成。現在,隨著集成A/D,D/A轉換器精度的提高,已廣泛地采用A/D,D/A轉換器構成精密的程序控制的電壓源或電流源。至于選擇何種類型的轉換器,輸出量是電壓還是電流,應根據實際情況決定。另外,轉換器所處的系統充滿了各種形式的噪聲,有噪聲必然產生測量誤差,有誤差必然降低測量精度。電磁干擾是影響測量精度的主要因素,因此,在設計含有轉換器的系統時,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轉換器為例闡述程序控制電壓源的工作原理。D/A轉換器的輸出量為電壓輸出時,其本身就是一個較好的精密程序控制電壓源。其中被控電壓的精度依賴于D/A轉換器的相對精度。圖1是一個基本程控電壓源電路。
  在這里需要指出,輸出驅動能力夠用時,放大器A2可以不用。根據D/A轉換器的基本原理,該電路應滿足如下傳輸函數:

  式中:ai——第i位的輸入數字量,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。
  對于偏移二進制碼,其傳輸函數為:


  從式(1)、(2)可知,輸出電壓是參考電流IR=VR/Rr、反饋電阻Rf和輸入數字量的函數。改變參考電流IR和反饋電阻Rf,即改變最大輸出幅度,改變輸入數字代碼即可控制輸出電壓的數值。也就是編程是通過改變D/A轉換器的輸入數字量來實現的。
  如果所需要的一組電源各路輸出都具有整數倍或乘冪關系時,可以直接用n個乘法型的D/A轉換器構成程控系列電源,如圖2所示。圖中各路電源進行迭代相乘,其關系為:
  U1=-URD
  U2=-U1D=URD2
   ……
  Un=-Un-1D=(-1)nURDn
式中:D——輸入數字量。

  圖3是一種實用的程序控制電壓源,它應用在計算機輔助測試設備中的接口電路里。

  該電路能輸出0~20V電壓,共有1024個步長的程控電壓源,每個步長20mV,穩壓二極管作參考基準電壓,晶體管V1-3作電壓和電流放大,數字輸入量源自計算機的輸出總線。
整個電路調節程序是:先將數字輸入置全“1”調節W,使VO=20V,然后將數字輸入置全“0”,調節運算放大器,使VO=0。
  3 程控電壓源的電磁兼容性設計
  選擇合適的A/D、D/A轉換器,只是設計工作的起點。對于任何轉換器所處的具體系統往往需要綜合考慮,尤其是在系統中存在電源電壓波動和其它噪聲時,必須確保轉換器的正常運行。這是因為在電路中,噪聲很容易淹沒一位或多位數字信號,這在高速高精度的系統中危害特別巨大。因此,有效的合理的電磁兼容性設計是必不可少的。
  在電磁兼容性設計時要遵循以下準則:
  1)切斷電磁輻射進入轉換器內部產生互相干擾的通道,減少空間耦合。
  2)防止外部設備產生的干擾,各種脈沖調制信號(雷達、無線電波、電視信號),電磁場的變化等因素的影響,必須對電磁效應敏感的器件和部件采取屏蔽保護,比如:外殼屏蔽,電纜濾波和內部的電纜屏蔽。
  3)合理設計電路,正確地選擇器件和電路,準確地計算器件和電路的各種參數,制定識別和隔離臨界電路的措施以及采用抑制干擾的技術方案,盡量選擇高的工作信號電平,符合器件和電路的實際載荷能力,注意“接口”設計。
  4)采用高穩定度的穩壓電源,提高電源電壓靈敏度,減少因電源波動所引起的線性誤差、增益誤差和調整誤差等,確保精度的穩定可靠。
  5)正確接地與電路布局,考慮到不同頻率段干擾的特點和電路的種類接地點可選擇:
  ——浮動接地;
  ——一點接地;
  ——多點接地。
  合理的電路布局應該是:
  ——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,弱電線與強電線要遠離,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。
  ——對于一個復雜的工作系統(既包括不同頻率的工作電路,也包括微電、弱電和強電的不同子系統),要合理布局。在EMC設備中,對不同電路的地線應分小信號、大信號,及繼電和功率電路分別設置,連同機殼的地線應分三套或四套接地。
  總之,電磁兼容性設計是多種多樣的,有一點必須明確,那就是要有針對性,要行之有效。
  4 結語
  A/D、D/A轉換器既處在自身所在系統內電子設備所產生的電磁環境中,又處在系統之外自然界和人為產生的電磁輻射環境之中,因此,電磁環境對轉換器的性能產生潛在的不利影響,容易造成其性能劣化,甚至功能喪失,這就要求設計人員不但要高度重視電磁兼容性問題,而且還要采取有效的措施加以消除。

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