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基于并行D/A转换器AD7237A接口设计与应用

   文章来源:Internet  发布时间:2009-09-29  访问量:1349

  1. 引言
  AD7237A是美国AD公司推出的一种LC2MOS型双路12位数模转换器。它具有高速、低功耗、宽工作电压等特点,在工业上得到了广泛应用。本文简要地介绍了AD7237A的基本结构和引脚功能。然后,详细地阐述了它在计算机接口扩展卡设计中的应用方法。
  2. AD7237A的基本结构及引脚功能
  AD7237A是一种完全的双路12位电压输出数模转换器,带有输出放大器和内置参考电压源。并具有下列主要特点:
  ●高速:典型数据建立时间为30ns;
  ●低功耗:在单极输出的情况下,典型功耗为165mW;
  ●工作电压为:12~15V;
  ●(8+4)位数据锁存结构。
  AD7237A是工业型AD7237的改进型,与AD7237的主要区别在于:AD7237A的工作电压范围广(12V~15V),转换速度快,抗VDD电压干扰性能好(VDD的波动范围为±10%)。
  图1为AD7237A的基本结构框图。AD7237A主要包括四个部分:参考电压源,控制逻辑电路,A路数模转换器和B路数模转换器。片内集成有参考电压源供用户使用,当工作电源电压达到12V时,即使工作电源电压波动±10%,在第2脚REF OUT仍输出标准5V电源,。控制逻辑电路有5个控制信号:CS、WR、A1、A0、LDAC,用来控制AD7237A完成各种功能,A路数模转换器由参考电压输入电路、两级数据锁存器、电阻网络和输出放大器组成,B路数模转换器和A路完全一样。


  AD7237A的引脚功能如表1所列。

   
  3. AD7237A在计算机扩展卡设计中的应用
  由于AD7237A转换速度快(30ns)、功耗低、精度高、双路等特点,使其在工业设计中得到广泛的应用。根据AD7237A的这些特点和其它的具体要求,本文作者试着把它应用到计算机扩展卡电路中,取得了很好的效果。图2是接口扩展卡数模转换部分的电路图,该卡是插ISA槽(也称AT槽)的。

     
  在图2中,AD7237A的片选信号CS和数据存信号LDAC来自GAL16V8的输出引脚F0和F1。由于计算机主板上只有地址0X0000-0X03FF供I/O口使用,所以只须将A2~A9输入到GAL16V8,A0和A1直接输入到AD7237A中。AD7237A的其它输入信号,如数据线DB0~DB7,写信号WR,电源VDD、VSS,地线DGND和AGND均来自计算机主板。因为要求A路和B路均为双极性输出,引脚REF INA、ROFSA、REF INB、ROFSB都与引脚REF OUT相连。然后,VOUTA和VOUTB分别送到两个运算放大器,使电压放大两倍达到-10V~+10V。图中的跟随器是为提高输出阻抗而设计的。
  电路的正常工作依赖于正确的工作时序。图3是GAL16V8的工作时序图,当A2~A9有效时,G0和G1延迟td(3ns<td<25ns)输出。如图4所示,主机时钟信号的周期为T(T=t1=210ns),占空比是30%,高电平为70ns(t3=70ns)。由于GAL16V8的延时,所以t8=td。要使AD7237A正常工作,除了一般要求外,另外还必须保证以下几点:
  ●写脉冲的宽度TWR≥100ns;
  ●从数据有效到WR信号建立的时间TDSET>80ns;
  ●从数据有效到WR信号保持的时间TDHOLD>10ns;
  ●锁存LDAC脉冲的宽度TLOAD>100ns。

     
  而在图4中,16ns<t2<128ns,t4>10ns,10ns<t5<35ns,10ns<t6<35ns,t7>360ns,3ns<t8<25ns,因此,以上所有的时序要求均能满足。
  可将该计算机接口扩展卡用于两台交流电动机的协调控制系统中,其控制系统由一台PC机(PC-486或PC-586)、两套交流伺服系统、两台交流电动机及两个电编码器等组成,如图5所示,计算机通过接口插卡检测光电编码器的信号,然后,再通过接口插卡去控制交流伺服系统驱动伺服电动机,PC机可实现各种控制算法,使两台交流电动机协调运行。AD7237A在该系统中的作用是接收计算机的两路数字量,把它们转换成模拟量,并分别送到两套交流伺服系统的模拟量接口中。

 

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