高穩定度可編程電壓基準的設計

王巨巖（蘭州石化公司設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）

高穩定度可編程電壓基準的設計

王巨巖（蘭州石化公司設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公司生產的16位分辨率、電壓輸出型數模轉換器。本文介紹了基于美國AD公司的16位高精度數模轉換器AD669的電壓基準的設計。

數模轉換器；AD669；電壓基準

AD669是美國AD公司生產的16位分辨率、電壓輸出型數模轉換器。AD669的片內集成精密輸出放大器提供模擬電壓輸出，具有片內集成的精密掩埋齊納二極管基準和雙緩沖鎖存器。AD669的數字量輸入是并行16位，雙緩沖鎖存器結構可以消除數據畸變，在多路DAC系統中，可以同時輸出多個模擬量。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，模擬量輸出建立時間短，具有良好的輸出電壓長期穩定性，非常適合用于高精度高穩定度數控電壓基準的設計。

1 AD669的特點及引腳功能

AD669具有如下特點：

1、16位分辨率；

2、片內集成輸出緩沖放大器；

3、片內集成高穩定度掩埋齊納二極管基準；

4、片內10V基準

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：數字電源+5V

DGND：數字地

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：基準輸入

REF OUT：基準輸出

DB8～DB15：高8位數字量

DB0～DB7：低8位數字量

2AD669的結構和原理

AD669由兩個16位數據鎖存器，一個16位D/A轉換器，+ 10V基準和輸出放大器組成。轉換器的兩個16位數據鎖存器可以分別控制，使用時有較大的靈活性，內部集成的輸出放大器可以直接輸出電壓基準，其結構如圖2所示。

AD669可以使用內部基準，也可以使用外接基準。其內部+10V基準是經過激光調整的低噪聲掩埋齊納二極管基準，誤差小于±2%。當使用AD669內部基準時，增益漂移為15ppm/° C～25ppm/°C，如果需要實現長期穩定性好的模擬量電壓輸出，應考慮外接高精度低溫度漂移的電壓基準作為轉換電壓基準。

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，在設計中可以根據需要通過管腳配置。在設計直流電源的遠程可編程基準時，通常設計為單極性輸出模式，其模擬輸出電壓是0～+10V。

3 控制時序

AD669的數字量輸入采用兩級16位數據鎖存器結構，這種結構保證模擬量輸出值的穩定輸出。控制信號CS和L1控制第一級鎖存器讀取和鎖存出現在數據總線上的16位數字量，當CS和L1同時為低電平時，16位數字量寫入第一級鎖存器，當CS和L1中的任何一個為高電平時，第一級鎖存器鎖存讀入的16位數字量。第二級鎖存器的控制和啟動數模轉換由LDAC控制，當LDAC為高電平時，16位數字量寫入第二級鎖存器，同時啟動模數轉換，在25腳（Vout）輸出模擬量，當LDAC變為低電平時，第二級鎖存器鎖存16位數字量，其時序圖如圖3a所示，真值表見表1。為消除數字量畸變，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位數據總線，而AD669是16位并行數字量輸入，因此在設計數模轉換接口電路時可考慮使用數據鎖存器，利用AD669的兩級數據鎖存器結構，將16位數字量寫入AD669，從而實現16位分辨率的數模轉換。電路原理如圖4所示。

圖4.模數轉換原理圖

圖中鎖存器74HC573鎖存AT89C51第一次寫出的高8位數字量，當AT89C51寫出低8位數字量時，與74HC573的輸出組成16位數字量。同時控制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位數字量同時寫入AD669的第一級鎖存器，當CS669變為高電平時，第一級鎖存器鎖存16位數字量。控制信號P16由低電平變為高電平時，第一級鎖存器中的16位數字量寫入第二級鎖存器，隨后進行數模轉換，在25腳輸出模擬量。控制信號P16由高電平變為低電平時，數字量被鎖存于AD669的第二級鎖存器。AD688是高精度、高穩定度、低溫度漂移的+10V電壓基準，其輸出噪聲低于6 μVP-P（0.1Hz～10Hz），輸出長期穩定度典型值為15ppm/1000小時。為AD669提供+10V轉換基準。W1為模擬量輸出調零電位器，W2為滿量程調節電位器。

匯編語言程序設計如下：

VOLTAGE_W: ；DAC子程序，輸出+5.0000V

CLR P1.6 ；禁止DAC輸出

MOV A,#80H ；高8位數字量

MOV DPTR,#5FFDH ；寫入74HC573地址并鎖存

MOVX@DPTR,A

MOV A,#00H ；寫低8位數字量

MOV DPTR,#0DFFFH；AD669第一級鎖存器操作

MOVX@DPTR,A ；地址，16位數字量寫入

SETB P1.6 ；16位數字量寫入AD669第二級

；鎖存器，同時完成數模轉換

CLR P1.6 ；AD669第二級鎖存器鎖存

；16位數字量

RET

5 結語

基于AD669的可編程電壓基準具有高精度、高分辨率、高穩定度的性能和較低的溫度系數，作為設備的遠程控制基準，實現了對電壓基準的高精度調節。經測試，其作為遠程控制調節基準的模擬量輸出在+0.125V～+10V范圍內，其長期穩定度好于5×10－5，其它性能參數為：①0－+10V編程可調；②長期穩定度好于4×10－5；③非線性誤差2×10－4；④增益誤差1×10－5；⑤重復誤差5×10－5；⑥輸出電流0－+10mA。圖5為模糊量輸出為1.68V時的長期趨勢圖，其長期穩定度為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.單片微機原理系統設計與應用.合肥:中國科技大學出版社,2001.

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

[3]何立民.單片機應用系統抗干擾技術.北京:北京航空航天大學出版社,2002.