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壓電陶瓷驅(qū)動電源的系統(tǒng)電路設(shè)計
壓電陶瓷驅(qū)動器(PZT)是微位移平臺的核心，其主要原理是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生形變，從而驅(qū)動執(zhí)行元件發(fā)生微位移。壓電陶瓷驅(qū)動器具有分辨率高、響應(yīng)頻率快、推力大和體積小等優(yōu)點，在航天、機器人、微機電系統(tǒng)、精密加工以及生物工程等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。然而壓電陶瓷驅(qū)動器的應(yīng)用離不開性能良好的壓電陶瓷驅(qū)動電源。要實現(xiàn)納米級定位的應(yīng)用，壓電陶瓷驅(qū)動電源的輸出電壓需要在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，同時電壓分辨率需要達到毫伏級。因此壓電陶瓷驅(qū)動電源技術(shù)已成為壓電微位移平臺中的關(guān)鍵技術(shù)。
壓電陶瓷驅(qū)動器基于ARM的低壓電路設(shè)計：
1.ARM控制器
壓電陶瓷驅(qū)動電源中ARM控制器主要提供兩方面功能：
作為通信設(shè)備提供通用的輸入/輸出接口;作為控制器運行相關(guān)控制算法以及產(chǎn)生控制信號或波形實現(xiàn)PZT的靜態(tài)定位操作。針對如上需求，設(shè)計采用LPC2131作為主控制器，內(nèi)部具有8 KB片內(nèi)靜態(tài)RAM和32 KB嵌入的高速FLASH存儲器;具有兩個通用UART接口、I2C接口和一個SPI接口。由于控制器具有較高的數(shù)據(jù)處理能力和豐富的接口資源使其能夠作為壓電驅(qū)動電源的控制芯片。
2.D/A電路設(shè)計
由于壓電驅(qū)動電源要求輸出電壓范圍為0-100 V，分辨率達到毫伏級，所以D/A的分辨率需達到亞毫伏級。本設(shè)計采用AD5781作為D/A器件。AD5781是一款SPI接口的18位高精度轉(zhuǎn)換器。AD5781具有低的溫漂特性。因此，該D/A轉(zhuǎn)換器芯片特別適合于精密模擬數(shù)據(jù)的獲取與控制。
在硬件電路設(shè)計中，由于AD5781采用的精密架構(gòu)，要求強制檢測緩沖其電壓基準輸入，確保達到規(guī)定的線性度。因此選擇用于緩沖基準輸入的放大器應(yīng)具有低噪聲、低溫漂和低輸入偏置電流特性。這里選用AD8676，AD8676是一款超精密、雙通道運算放大器，具有低失調(diào)漂移和輸入偏置電流，因而能為AD5781提供精密電壓基準。通過下拉電阻將AD5781的CLR和LDAC引腳電平拉低，用于設(shè)置AD5781為DAC二進制寄存器編碼格式和配置輸出在SYNC的上升沿更新。
