基于PXI總線的高精度恒流源設(shè)計

摘要：給出了一種基于PXI總線的高精度恒流源的實現(xiàn)方法，介紹了其電路各個組成部分。測量結(jié)果其精度和分辨率均為15．7位，可應(yīng)用于要求高精度的測試系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：PXI；恒流源；精度；測試

    在航天設(shè)備測試中，陀螺和加速度計測試是不可缺少的重要組成部分。隨著陀螺與加速度計精度水平的提高，測試過程中對其激勵源-恒流源的精度要求越來越高。本文給出了一種基于PXI總線的高精度恒流源設(shè)計，并已成功應(yīng)用于很多航天型號的陀螺和加速度計測試中。

1 系統(tǒng)設(shè)計
    如圖1所示，系統(tǒng)通過PXI總線與上位機進行通信，本地總線與PXI總線通過PXI接口電路連接。PXI接口電路將PXI總線指令翻譯成本地局部總線傳給FPGA，通過FPGA將PXI總線傳輸給D／A進行轉(zhuǎn)換，D／A轉(zhuǎn)換后的電壓經(jīng)V／I轉(zhuǎn)換為高精度電流輸出給用戶。

2 系統(tǒng)電路設(shè)計
2．1 PXI接口電路
    面向儀器系統(tǒng)的PCI擴展PXI (PCIeXtensionsforInstrumentation)是一種堅固的基于PC的測量和自動化平臺。PXI充分利用了當(dāng)前最普及的臺式計算機高速標準接口——PCI，結(jié)合了PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅固性、模塊化及Eurocard機械封裝的特性，并增加了專門的同步總線和主要軟件特性。這使它成為測量和自動化系統(tǒng)的高性能、低成本運載平臺。
    目前實現(xiàn)PXI接口電路的方式主要由兩種：采用可編程邏輯電路和專用芯片。由于采用可編程邏輯電路實現(xiàn)起來比較占用芯片內(nèi)部的資源，本板采用專用芯片來實現(xiàn)PXI總線與本地總線之間的轉(zhuǎn)換。
    PCI9054是PLX公司生產(chǎn)的PXI總線通用接口芯片，采用先進的PLX數(shù)據(jù)管道結(jié)構(gòu)技術(shù)，符合PXIV2．1和V2．2規(guī)范。PCI9054有3種工作模式：M、C和J；本板采用局部總線16位、地址數(shù)據(jù)不復(fù)用、從操作的C模式。
2．2 FPGA電路
    FPGA內(nèi)部邏輯實現(xiàn)本地總線的譯碼、產(chǎn)生D／A時序以及讀取板上溫度傳感器測試的溫度值等功能。采用Xilinx公司的XC3S500E，該芯片的等效邏輯門數(shù)為50萬，同時還具有158個用戶I／O、65個差分I／O對、73kB的分布式RAM、360kB的RAM和20個專用乘法器。編程語言選擇Verilog。
2．3 高速數(shù)字隔離
    為了避免計算機側(cè)的數(shù)字信號對輸出電流產(chǎn)生干擾，因此必須加一級數(shù)字隔離電路，本板采用S18440來對兩邊的數(shù)字信號進行隔離。器件利用標準全CMOS技術(shù)設(shè)計多組芯片級變壓器以提供4通道隔離功能，體積小、成本低，并能提供2500VRMS的電氣隔離能力。
2．4 D／A轉(zhuǎn)換
    D／A轉(zhuǎn)換采用AD5542芯片，AD5542是ADI公司的一款單通道、16位、串行輸入、電壓輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，采用5 V單電源供電。采用多功能三線式接口，并且與SPI、QSPI、MICROWIRE、DSP接口標準兼容。可提供16位性能，無需進行任何調(diào)整。DAC輸出不經(jīng)過緩沖，可降低功耗，并減少輸出緩沖所造成的失調(diào)誤差。輸出可以設(shè)置為單極性或雙極性，上電具有復(fù)位功能，在單極性下，上電后輸出為0，在雙極性下，輸出為一VREF。本板采用雙極性輸出。
    輸出電壓與輸入的16位碼值之間的關(guān)系為：VO=-VREF+D／32768xVREF，其中D為輸入的十進制16位碼值。
    D／A轉(zhuǎn)換部分的電路如圖2所示。

    ADR433為D／A芯片AD5542的提供基準源。
    AD5542芯片內(nèi)部輸出沒有驅(qū)動運放，需要外加運放使輸出為雙極性電壓，本電路選用的是OP97。
2．5 V／I轉(zhuǎn)換電路
    OP97運放輸出量程為±3．3V的電壓，需加一級V／I轉(zhuǎn)換電路。本電路所用的V／I轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。
    通過設(shè)置固定的5個碼值：FFFF，BFFF，8000，4000，0，用安捷倫高精度6位半萬用表的Agilent34401，上電后經(jīng)過8個小時測試，其分辨率和精度均能達到15．7位。

3 結(jié)束語
    基于PXI總線的高精度恒流源設(shè)計，可提供分辨率和精度均為15．7位的輸出電流，提高了抗干擾能力，適用于要求高精度測量的系統(tǒng)。