基于PXI總線(xiàn)的航天設備測試用高精度恒流源的設計與實(shí)現

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

1 系統設計

如圖1所示，系統通過(guò)PXI總線(xiàn)與上位機進(jìn)行通信，本地總線(xiàn)與PXI總線(xiàn)通過(guò)PXI接口電路連接。PXI接口電路將PXI總線(xiàn)指令翻譯成本地局部總線(xiàn)傳給FPGA，通過(guò)FPGA將PXI總線(xiàn)傳輸給D／A進(jìn)行轉換，D／A轉換后的電壓經(jīng)V／I轉換為高精度電流輸出給用戶(hù)。


2 系統電路設計

2．1 PXI接口電路

面向儀器系統的PCI擴展PXI (PCIeXtensionsforInstrumentation)是一種堅固的基于PC的測量和自動(dòng)化平臺。PXI充分利用了當前最普及的臺式計算機高速標準接口——PCI，結合了PCI的電氣總線(xiàn)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(zhuān)門(mén)的同步總線(xiàn)和主要軟件特性。這使它成為測量和自動(dòng)化系統的高性能、低成本運載平臺。

目前實(shí)現PXI接口電路的方式主要由兩種：采用可編程邏輯電路和專(zhuān)用芯片。由于采用可編程邏輯電路實(shí)現起來(lái)比較占用芯片內部的資源，本板采用專(zhuān)用芯片來(lái)實(shí)現PXI總線(xiàn)與本地總線(xiàn)之間的轉換。

PCI9054是PLX公司生產(chǎn)的PXI總線(xiàn)通用接口芯片，采用先進(jìn)的PLX數據管道結構技術(shù)，符合PXIV2．1和V2．2規范。PCI9054有3種工作模式：M、C和J；本板采用局部總線(xiàn)16位、地址數據不復用、從操作的C模式。

2．2 FPGA電路

FPGA內部邏輯實(shí)現本地總線(xiàn)的譯碼、產(chǎn)生D／A時(shí)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(mén)數為50萬(wàn)，同時(shí)還具有158個(gè)用戶(hù)I／O、65個(gè)差分I／O對、73kB的分布式RAM、360kB的RAM和20個(gè)專(zhuān)用乘法器。編程語(yǔ)言選擇Verilog。

2．3 高速數字隔離

為了避免計算機側的數字信號對輸出電流產(chǎn)生干擾，因此必須加一級數字隔離電路，本板采用S18440來(lái)對兩邊的數字信號進(jìn)行隔離。器件利用標準全CMOS技術(shù)設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轉換

D／A轉換采用AD5542芯片，AD5542是ADI公司的一款單通道、16位、串行輸入、電壓輸出的數模轉換器，采用5 V單電源供電。采用多功能三線(xiàn)式接口，并且與SPI、QSPI、MICROWIRE、DSP接口標準兼容?？商峁?6位性能，無(wú)需進(jìn)行任何調整。DAC輸出不經(jīng)過(guò)緩沖，可降低功耗，并減少輸出緩沖所造成的失調誤差。輸出可以設置為單極性或雙極性，上電具有復位功能，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(jìn)制16位碼值。
D／A轉換部分的電路如圖2所示。

ADR433為D／A芯片AD5542的提供基準源。

AD5542芯片內部輸出沒(méi)有驅動(dòng)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轉換電路

OP97運放輸出量程為±3．3V的電壓，需加一級V／I轉換電路。本電路所用的V／I轉換電路如圖3所示。
通過(guò)設置固定的5個(gè)碼值：FFFF，BFFF，8000，4000，0，用安捷倫高精度6位半萬(wàn)用表的Agilent34401，上電后經(jīng)過(guò)8個(gè)小時(shí)測試，其分辨率和精度均能達到15．7位。

3 結束語(yǔ)

基于PXI總線(xiàn)的高精度恒流源設計，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。