基于Multibus总线的隔离AD/DA模块设计

　　0 引言

　　在军事控制领域，为了实现数据采集和伺服控制功能，经常会使用到AD/DA模块。AD/DA模块通过Multibus总线与主机通讯，通过AD接口采集数据，经过控制软件处理，输出模拟量驱动执行机构。从而实现一个闭环的控制。另外通过对控制软件的修改，此模块还可以单独实现AD或者DA功能。

　　本设计中AD/DA模块具备以下功能：

　　(1)提供32路16位A/D，输入信号范围4～20mA;

　　(2)提供2路16位D/A，输出信号范围4～20mA;

　　(3)精度：板内A/D-D/A自闭闭测度，误差不大于0.025%;信号源经过30m电缆传送AD/DA模块，最大误差≤2‰;

　　(4)AD/DA转换芯片分别选用BB公司的ADS7821、DAC715;

　　(5)接口控制部分使用ALTERA公司的EPF10K20R1240芯片来实现。

　　1 设计原理

　　如图1硬件功能框图所示，本模块采用ALTERA公司EPF10K20R1240高性能FPGA芯片与Multibus总线连接。

　　4～20mA的模拟电流量串上250Ω的精密电阻，转换成1～5V的电压量。电压量经过多路选择器MAX306进入由LF156搭成的高阻、低漂放大器。然后进入隔离运放ISO120P，对信号进行隔离。隔离后的电压信号经过调整后送/入ADS7821进行A/D转换。

　　数字量经过D/A转换芯片DAC715转换后，得到模拟量。模拟量经过隔离运放ISO120P进行隔离。隔离后的电压经过电压电流变换器XTR110得到4～20mA的电流调整后输出。

　　对于A/D、D/A的译码控制信号，总线收发器、应答信号等由一个高性能的EPLD芯片完成。CPLD内部主要实现组合逻辑功能，将输入的控制信号译码，然后输出给AD、DA等功能芯片使用。另外两个DC/DC模块，分别对隔离前后的运放等器件提供电源。

　　2 买现方法

　　2.1 主要元器件选择

　　在本设计中采用成熟技术，选用常用、可靠的控制芯片，结合一些常用的外围电路和专用电路实现全部的功能。由于对精度要求特别高，因此，在选用器件时，应特别注意。

　　选择ALTERA公司EPF10K20R1240作为接口芯片，利用功能芯片实现硬件逻辑。

　　A/D和D/A的精度主要由转换芯片的位数决定。实际使用精度，即相当于12位的转换精度(0.025%)。16位转换芯片的精度可达0.0015 3%。考虑转换芯片本身及其它器件的误差，选用16位精度的A/D转换芯片ADS7821和D/A转换芯片DAC715。ADS7821是带采样保持的高精度A/D芯片。其输入范围为O～5V，单一+5V供电，转换完成时间为10 μs。最大线性误差±4LSB，即其精度可达0.0061%。DAC715是0～10V输出范围的高精度D/A芯片。±15V供电，转换完成时间为10μs。最大线性误差±2LSB，即精度可达0.0031%。