一種強(qiáng)電磁環(huán)境下的高速ad-da轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種強(qiáng)電磁環(huán)境下的高速AD?DA轉(zhuǎn)換器，包括AD轉(zhuǎn)換板、DA轉(zhuǎn)換板及連接AD轉(zhuǎn)換板和DA轉(zhuǎn)換板的傳輸介質(zhì)。本發(fā)明大大減小了信號(hào)延時(shí)，且精度完全滿足要求，光纖收發(fā)正常。在實(shí)際使用過(guò)程中延時(shí)只有大約3us，能夠滿足高壓電源控制系統(tǒng)的實(shí)際需求。
【專利說(shuō)明】
一種強(qiáng)電磁環(huán)境下的高速AD-DA轉(zhuǎn)換器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及AD-DA轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域，具體是一種強(qiáng)電磁環(huán)境下的高速AD-DA轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前大部分模擬量米用雙絞線傳輸，在高電壓、強(qiáng)電磁環(huán)境下傳輸信號(hào)時(shí)，由于信號(hào)極易受到干擾，所以傳輸速度和精度很不理想。模擬信號(hào)AD轉(zhuǎn)換后再DA轉(zhuǎn)換是一種較好的傳輸方法，然而由于轉(zhuǎn)化的精度和速度是一對(duì)矛盾，在精度要求較高時(shí)很難將速度(用延時(shí)表不)提尚。
[0003]在國(guó)家大科學(xué)工程EAST的中性束注入加熱所用100kV/100A高壓電源的運(yùn)行中，需要從高壓電源現(xiàn)場(chǎng)采集模擬信號(hào)到控制室觀察和處理?，F(xiàn)有的傳輸裝置信號(hào)延時(shí)5us左右，這對(duì)于實(shí)時(shí)性要求極高的高壓電源監(jiān)控和控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)有很大的改善必要性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種強(qiáng)電磁環(huán)境下的高速AD-DA轉(zhuǎn)換器，以解決現(xiàn)有技術(shù)AD-DA轉(zhuǎn)換器精度難以滿足強(qiáng)電磁環(huán)境需求的問(wèn)題。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
一種強(qiáng)電磁環(huán)境下的高速AD-DA轉(zhuǎn)換器，其特征在于:包括AD轉(zhuǎn)換板、DA轉(zhuǎn)換板及連接AD轉(zhuǎn)換板和DA轉(zhuǎn)換板的傳輸介質(zhì)，其中:
所述AD轉(zhuǎn)換板包括DSP芯片及其最小系統(tǒng)、AD保護(hù)電路、數(shù)字量輸出測(cè)試接口、模擬量輸入接口、光纖驅(qū)動(dòng)電路、光發(fā)送器，其中模擬量輸入接口通過(guò)AD保護(hù)電路接入DSP芯片的信號(hào)輸入口，DSP芯片的13個(gè)GP1接口一方面通過(guò)光纖驅(qū)動(dòng)電路接入13個(gè)光發(fā)送器，另一方面接到數(shù)字量輸出測(cè)試接口上。所述DSP芯片采用中斷方式、啟停模式、順序采樣實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換程序；
所述DA轉(zhuǎn)換板包括DA轉(zhuǎn)換芯片、電源電路、光接收器、數(shù)字量輸入測(cè)試接口、模擬量輸出接口，其中13個(gè)光接收器和數(shù)字量輸入測(cè)試接口均接入DA轉(zhuǎn)換芯片的12位數(shù)據(jù)輸入口和WE引腳，模擬量輸出接口接到DA轉(zhuǎn)換芯片的信號(hào)輸出口，電源電路供電至光接收器和DA轉(zhuǎn)換芯片、同時(shí)給DA轉(zhuǎn)換芯片提供參考電壓；
所述傳輸介質(zhì)采用光纖，光纖一端連接AD轉(zhuǎn)換板中光發(fā)送器，光纖另一端連接DA轉(zhuǎn)換板中光接收器，一共需要13根光纖。
[0006]所述AD轉(zhuǎn)換板中，DSP芯片采用集成有ADC的TI公司的型號(hào)為TMS320F28335的DSP芯片作為整體的控制核心和AD轉(zhuǎn)換核心。
[0007]所述AD轉(zhuǎn)換板中，AD保護(hù)電路包括同向串聯(lián)的二極管DI和二極管D2，二極管D1、二極管D2串聯(lián)后的陰極端連接VDD、陽(yáng)極端接地AGND，二極管Dl、D2之間引出有兩路導(dǎo)線，其中一路導(dǎo)線連接至DSP芯片的信號(hào)輸入口ADCINA0，另一路導(dǎo)線連接至模擬量輸入接口，二極管Dl、D2之間還通過(guò)電容Cl接地AGND。
[0008]所述AD轉(zhuǎn)換板中，光纖驅(qū)動(dòng)電路由型號(hào)為SN75451BP的芯片Ul構(gòu)成，光發(fā)送器采用型號(hào)為HFBR-1414T的芯片Hl，芯片Ul的I引腳通過(guò)電阻R3接5V電源VDD5.0，芯片Ul的2引腳接至IjDSP的對(duì)應(yīng)GP1口，芯片Ul的3引腳接至Hl的2、6和7引腳，同時(shí)通過(guò)電阻Rl接到電源，芯片Ul的4引腳接地，電容C8接在電源和地間；芯片Hl的2、6、7引腳共接后，再通過(guò)電阻R2與芯片Hl的3引腳共接接地。而光纖接于Hl的光纖插孔上。以上電路共13個(gè)，傳輸13路數(shù)字信號(hào)。
[0009]所述DA轉(zhuǎn)換板中，DA轉(zhuǎn)換芯片采用型號(hào)為TLV5619的芯片U2，芯片U2的DO到Dll與WE弓丨腳分別接至對(duì)應(yīng)H2的DATA引腳，芯片U2的CS、LDAC引腳接地，芯片U2的PD、VDD引腳接電源，芯片U2的GND引腳接模擬地AGND，芯片U2的REFIN引腳接電源電路產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)3.3V參考電平；
所述DA轉(zhuǎn)換板中，光接收器采用型號(hào)為HFBR-2412T的芯片H2，芯片H2的VCC引腳連接電壓VCC，芯片H2的DATA弓I腳接入DA轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸入口 DO，且電源VCC與地之間連接有電容C5，芯片H2的DATA弓丨腳與VCC引腳之間連接有電阻R6，芯片H3的COM弓丨腳直接接地。芯片H2的DATA引腳還接入對(duì)應(yīng)數(shù)字量輸入測(cè)試接口。而對(duì)應(yīng)光纖接于H2的光纖插孔上。以上電路共13個(gè)，傳輸13路數(shù)字信號(hào)。
[0010]本發(fā)明大大減小了信號(hào)延時(shí)，且精度完全滿足要求，光纖收發(fā)正常。在實(shí)際使用過(guò)程中延時(shí)只有大約3US，能夠滿足高壓電源控制系統(tǒng)的實(shí)際需求。
【附圖說(shuō)明】
[0011 ]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0012]圖2為本發(fā)明AD轉(zhuǎn)換板原理框圖。
[0013]圖3為本發(fā)明DA轉(zhuǎn)換板原理框圖。
[0014]圖4為本發(fā)明AD轉(zhuǎn)換板中AD保護(hù)電路圖。
[0015]圖5為本發(fā)明AD轉(zhuǎn)換板中光纖驅(qū)動(dòng)電路和光發(fā)送器部分電路圖。
[0016]圖6為本發(fā)明DA轉(zhuǎn)換板中DA轉(zhuǎn)換芯片電路圖。
[0017]圖7為本發(fā)明DA轉(zhuǎn)換板中光接收器電路圖。
[0018]圖8為本發(fā)明輸入1kHz正弦波時(shí)的輸入輸出波形圖。
[0019]圖9為本發(fā)明輸入20kHz正弦波時(shí)的輸入輸出波形圖。
[0020]圖10為本發(fā)明輸入20kHz三角波時(shí)的輸入輸出波形圖。
[0021]均為有偏置電壓1.5V時(shí)的輸入輸出波形，其中相位超前的為輸入波形，滯后的為輸出波形。
【具體實(shí)施方式】
[0022]如圖1所示，一種強(qiáng)電磁環(huán)境下的高速AD-DA轉(zhuǎn)換器，包括AD轉(zhuǎn)換板、DA轉(zhuǎn)換板及連接AD轉(zhuǎn)換板和DA轉(zhuǎn)換板的傳輸介質(zhì)，其中:
如圖2所示，AD轉(zhuǎn)換板包括DSP芯片及其最小系統(tǒng)、AD保護(hù)電路、數(shù)字量輸出測(cè)試接口、模擬量輸入接口、光纖驅(qū)動(dòng)電路、光發(fā)送器，其中模擬量輸入接口通過(guò)AD保護(hù)電路接入DSP芯片的信號(hào)輸入口，DSP芯片的13個(gè)GP1接口一方面通過(guò)光纖驅(qū)動(dòng)電路接入13個(gè)光發(fā)送器，另一方面接到數(shù)字量輸出測(cè)試接口上。所述DSP芯片采用中斷方式、啟停模式、順序采樣實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換程序；
如圖3所示，DA轉(zhuǎn)換板包括DA轉(zhuǎn)換芯片、電源電路、光接收器、數(shù)字量輸入測(cè)試接口、模擬量輸出接口，其中13個(gè)光接收器和數(shù)字量輸入測(cè)試接口均接入DA轉(zhuǎn)換芯片的12位數(shù)據(jù)輸入口和WE引腳，模擬量輸出接口接到DA轉(zhuǎn)換芯片的信號(hào)輸出口，電源電路供電至光接收器和DA轉(zhuǎn)換芯片、同時(shí)給DA轉(zhuǎn)換芯片提供參考電壓；
傳輸介質(zhì)采用光纖，光纖一端連接AD轉(zhuǎn)換板中光發(fā)送器，光纖另一端連接DA轉(zhuǎn)換板中光接收器，一共需要13根光纖。
[0023]AD轉(zhuǎn)換板中，DSP芯片采用集成有ADC的TI公司的型號(hào)為TMS320F28335的DSP芯片作為整體的控制核心和AD轉(zhuǎn)換核心。
[0024]如圖4所示，AD轉(zhuǎn)換板中，AD保護(hù)電路包括同向串聯(lián)的二極管Dl和二極管D2，二極管D1、二極管D2串聯(lián)后的陰極端連接VDD、陽(yáng)極端接地AGND，二極管D1、D2之間引出有兩路導(dǎo)線，其中一路導(dǎo)線連接至DSP芯片的信號(hào)輸入口 ADCINA0，另一路導(dǎo)線連接至模擬量輸入接口，二極管D1、D2之間還通過(guò)電容Cl接地AGND。
[0025]如圖5所示，AD轉(zhuǎn)換板中，光纖驅(qū)動(dòng)電路由型號(hào)為SN75451BP的芯片Ul構(gòu)成，光發(fā)送器采用型號(hào)為HFBR-1414T的芯片Hl，芯片Ul的I引腳通過(guò)電阻R3接5V電源VDD5.0，芯片Ul的2引腳接到DSP的對(duì)應(yīng)GP1口，芯片Ul的3引腳接至Hl的2、6和7引腳，同時(shí)通過(guò)電阻Rl接到電源，芯片Ul的4引腳接地，電容C8接在電源和地間；芯片Hl的2、6、7引腳共接后，再通過(guò)電阻R2與芯片Hl的3引腳共接接地。而光纖接于Hl的光纖插孔上。以上電路共13個(gè)，傳輸13路數(shù)字信號(hào)。
[0026]如圖6、圖7所示，DA轉(zhuǎn)換板中，DA轉(zhuǎn)換芯片采用型號(hào)為TLV5619的芯片U2，芯片U2的DO到D11與WE引腳分別接至對(duì)應(yīng)H2的DATA引腳，芯片U2的CS、LDAC引腳接地，芯片U2的PD、VDD引腳接電源，芯片U2的GND引腳接模擬地AGND，芯片U2的REFIN引腳接電源電路產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)3.3V參考電平；
DA轉(zhuǎn)換板中，光接收器采用型號(hào)為HFBR-2412T的芯片H2，芯片H2的VCC引腳連接電壓VCC，芯片H2的DATA弓I腳接入DA轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸入口 DO，且電源VCC與地之間連接有電容C5，芯片H2的DATA弓丨腳與VCC弓丨腳之間連接有電阻R6，芯片H3的COM弓丨腳直接接地。芯片H2的DATA引腳還接入對(duì)應(yīng)數(shù)字量輸入測(cè)試接口。而對(duì)應(yīng)光纖接于H2的光纖插孔上。以上電路共13個(gè)，傳輸13路數(shù)字信號(hào)。
[0027]模擬量經(jīng)AD保護(hù)電路輸入至AD轉(zhuǎn)換板上DSP的ADCINA0 口，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換成為12路數(shù)字量(再包含一路TLV5619的WE信號(hào)，而TLV5619的CS、LDAC可直接接地，H)可固定接高電平)后從1口輸出。13路數(shù)字量BITO到BITl I以及WE連接至光纖驅(qū)動(dòng)電路入口處。信號(hào)經(jīng)過(guò)光發(fā)送器轉(zhuǎn)化為光信號(hào)。將光纖連接至光發(fā)送器和DA轉(zhuǎn)換板上的光接收器后，光信號(hào)通過(guò)光纖傳到DA轉(zhuǎn)換板并轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。電信號(hào)連接到TLV5619的數(shù)據(jù)輸入引腳和WE引腳，REFIN接3.3V參考電平。最后，轉(zhuǎn)換完成的模擬信號(hào)從模擬輸出口輸出。
[0028]本發(fā)明中，模擬量傳輸由模擬量AD轉(zhuǎn)換后經(jīng)光纖傳輸，然后DA轉(zhuǎn)換為模擬量的方法實(shí)現(xiàn)。如圖1所示，整個(gè)裝置由AD轉(zhuǎn)換板、傳輸介質(zhì)和DA轉(zhuǎn)換板三個(gè)子模塊組成。
[0029]1^0轉(zhuǎn)換板:
主要包括:DSP芯片TMS320F28335最小系統(tǒng)、AD保護(hù)電路、模擬量輸入接口、數(shù)字量輸出測(cè)試接口、光纖驅(qū)動(dòng)電路及光發(fā)送器。
[0030]本發(fā)明選擇集成有ADC的TI公司DSP芯片TMS320F28335作為整體的控制核心和AD轉(zhuǎn)換核心，其具有12位分辨率、16通道模擬輸入、輸入電壓范圍O到3V。DSP的AD轉(zhuǎn)換程序中采用中斷方式、啟停模式、順序采樣實(shí)現(xiàn)，ADC時(shí)鐘頻率25MHz JD保護(hù)電路及模擬量輸入接口限制實(shí)際進(jìn)入ADC的模擬電壓在安全范圍并將其送進(jìn)ADC。數(shù)字量輸出測(cè)試接口方便了電路的調(diào)試與檢測(cè)。光纖驅(qū)動(dòng)電路以芯片SN75451BP為核心，為光發(fā)送器提供足夠能量。光發(fā)送器型號(hào)為HFBR-1414T，作用是根據(jù)AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量用“有光”和“無(wú)光”表示高低電平。AD轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)字量和DA芯片WE信號(hào)通過(guò)DSP的1 口輸出。
[0031]2、傳輸介質(zhì):
主要指數(shù)字信號(hào)以光纖為傳輸介質(zhì)，將信號(hào)從高壓電源現(xiàn)場(chǎng)傳輸?shù)娇刂朴?jì)算機(jī)。光纖具有很強(qiáng)的抗干擾特性，從最終結(jié)果來(lái)看，光纖傳輸加上PCB的抗干擾設(shè)計(jì)有效地解決了高電壓、強(qiáng)電磁環(huán)境下的干擾問(wèn)題。
[0032]3、0六轉(zhuǎn)換板:
主要包括:DA轉(zhuǎn)換芯片TLV5619、電源電路、光接收器與外圍電路、數(shù)字量輸入測(cè)試接口及模擬量輸出接口。
[0033]本發(fā)明選擇了 12位高速DA轉(zhuǎn)換芯片TLV5619作為DA轉(zhuǎn)換的核心。使用時(shí)CS和LDAC固定為低電平，ro固定為高電平，WE由DSP產(chǎn)生方波上升沿控制更新模擬量。供電電源為5V，DAC的參考電壓為3.3V(此時(shí)輸出為O到6.6V，即輸入3V時(shí)輸出6.6V)。光接收器型號(hào)為HFBR-2412T，配合外圍電路將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為高低電平(即數(shù)字信號(hào))。數(shù)字量輸入測(cè)試接口方便了電路的調(diào)試與檢測(cè)。模擬量輸出接口用于接收最終信號(hào)。
[0034]如圖8-圖10所示，圖8、圖9和圖10分別為輸入1kHz正弦波、20kHz正弦波和20kHz三角波(均有偏置電壓1.5V)時(shí)的輸入輸出波形，可見轉(zhuǎn)換效果良好。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種強(qiáng)電磁環(huán)境下的高速AD-DA轉(zhuǎn)換器，其特征在于:包括AD轉(zhuǎn)換板、DA轉(zhuǎn)換板及連接AD轉(zhuǎn)換板和DA轉(zhuǎn)換板的傳輸介質(zhì)，其中: 所述AD轉(zhuǎn)換板包括DSP芯片及其最小系統(tǒng)、AD保護(hù)電路、數(shù)字量輸出測(cè)試接口、模擬量輸入接口、光纖驅(qū)動(dòng)電路、光發(fā)送器，其中模擬量輸入接口通過(guò)AD保護(hù)電路接入DSP芯片的信號(hào)輸入口，DSP芯片的13個(gè)GP1接口一方面通過(guò)光纖驅(qū)動(dòng)電路接入13個(gè)光發(fā)送器，另一方面接到數(shù)字量輸出測(cè)試接口上，所述DSP芯片采用中斷方式、啟停模式、順序采樣實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換程序； 所述DA轉(zhuǎn)換板包括DA轉(zhuǎn)換芯片、電源電路、光接收器、數(shù)字量輸入測(cè)試接口、模擬量輸出接口，其中13個(gè)光接收器和數(shù)字量輸入測(cè)試接口均接入DA轉(zhuǎn)換芯片的12位數(shù)據(jù)輸入口和WE引腳，模擬量輸出接口接到DA轉(zhuǎn)換芯片的信號(hào)輸出口，電源電路供電至光接收器和DA轉(zhuǎn)換芯片、同時(shí)給DA轉(zhuǎn)換芯片提供參考電壓； 所述傳輸介質(zhì)采用光纖，光纖一端連接AD轉(zhuǎn)換板中光發(fā)送器，光纖另一端連接DA轉(zhuǎn)換板中光接收器，一共需要13根光纖。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)電磁環(huán)境下的高速AD-DA轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述AD轉(zhuǎn)換板中，DSP芯片采用集成有ADC的TI公司的型號(hào)為TMS320F28335的DSP芯片作為整體的控制核心和AD轉(zhuǎn)換核心。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種強(qiáng)電磁環(huán)境下的高速AD-DA轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述AD轉(zhuǎn)換板中，AD保護(hù)電路包括同向串聯(lián)的二極管Dl和二極管D2，二極管Dl、二極管D2串聯(lián)后的陰極端連接VDD、陽(yáng)極端接地AGND，二極管Dl、D2之間引出有兩路導(dǎo)線，其中一路導(dǎo)線連接至DSP芯片的信號(hào)輸入口ADCINA0，另一路導(dǎo)線連接至模擬量輸入接口，二極管Dl、D2之間還通過(guò)電容Cl接地AGND。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)電磁環(huán)境下的高速AD-DA轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述AD轉(zhuǎn)換板中，光纖驅(qū)動(dòng)電路由型號(hào)為SN75451BP的芯片Ul構(gòu)成，光發(fā)送器采用型號(hào)為HFBR-1414T的芯片H1，芯片Ul的I引腳通過(guò)電阻R3接5V電源VDD5.0，芯片Ul的2引腳接到DSP的對(duì)應(yīng)GP1口，芯片Ul的3引腳接至Hl的2、6和7引腳，同時(shí)通過(guò)電阻Rl接到電源，芯片Ul的4引腳接地，電容C8接在電源和地間；芯片Hl的2、6、7引腳共接后，再通過(guò)電阻R2與芯片Hl的3引腳共接接地，而光纖接于Hl的光纖插孔上，以上電路共13個(gè)，傳輸13路數(shù)字信號(hào)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)電磁環(huán)境下的高速AD-DA轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述DA轉(zhuǎn)換板中，DA轉(zhuǎn)換芯片采用型號(hào)為TLV5619的芯片U2，芯片U2的DO到Dll與WE引腳分別接至對(duì)應(yīng)H2的DATA引腳，芯片U2的CS、LDAC弓丨腳接地，芯片U2的PD、VDD引腳接電源，芯片U2的GND弓丨腳接模擬地AGND，芯片U2的REFIN引腳接電源電路產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)3.3V參考電平； 所述DA轉(zhuǎn)換板中，光接收器采用型號(hào)為HFBR-2412T的芯片H2，芯片H2的VCC引腳連接電壓VCC，芯片H2的DATA弓I腳接入DA轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸入口 DO，且電源VCC與地之間連接有電容C5，芯片H2的DATA弓丨腳與VCC引腳之間連接有電阻R6，芯片H3的COM弓丨腳直接接地，芯片H2的DATA引腳還接入對(duì)應(yīng)數(shù)字量輸入測(cè)試接口，而對(duì)應(yīng)光纖接于H2的光纖插孔上，以上電路共13個(gè)，傳輸13路數(shù)字信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H03M1/00GK105991134SQ201610092003
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年2月18日
【發(fā)明人】潘圣民, 趙璐, 黃懿赟, 王鄧輝, 何寶燦, 馮虎林
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所