[發明專利]用數模轉換器實現的多路可調電壓源及其控制方法

有效

• 申請號: 201711056889.5
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107656572B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 閆立超;王偉
• 申請（專利權）人: 北京大華無線電儀器有限責任公司
• 主分類號: G05F1/56
• 分類號: G05F1/56
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;付久春

本發明公開了一種用數模轉換器實現的多路可調電壓源及其控制方法，包括：MCU芯片與數模轉換器連接；數模轉換器電壓輸出端與第五輸出運算放大器正極輸入端連接，該第五輸出運算放大器輸出端回連至其負極輸入端，該第五輸出運算放大器的負極輸入端分別經第一至第四模擬開關與第一至第四輸出運算放大器的正極輸入端連接；MCU芯片的四路I/O接口分別與第一至第四模擬開關控制端通信連接；第一至第四輸出運算放大器的正極輸入端分別經一個電容器接地，第一至第四輸出運算放大器的負極輸入端分別連接至各輸出運算放大器自身的輸出端。該多路可調電壓源用一個數模轉換器實現多路可調電壓輸出，減少數模轉換器數量，降低了產品體積和成本。

技術領域

本發明涉及可調電壓源領域，尤其涉及一種用數模轉換器實現的多路可調電壓源及其控制方法。

背景技術

可調電壓源是目前模擬集成電路極為重要的組成部分，它可以為串聯型穩壓電路、A/D和D/A轉化器提供基準電壓，作為基準電壓源，也是大多數傳感器的穩壓供電電源或激勵源。另外，這種電壓可調的基準電壓源也可作為標準電池、儀器表頭的刻度標準和精密電流源。

隨著數字化技術的普及，現有的儀器儀表設備也向著程控化、數字化方向發展?，F有測試測量儀器一般都通過測量信號與儀器內部產生的電壓源進行比較后實現儀器的控制和測量功能。在手動控制與數字控制升級過程中，最主要的是電壓基準產生方式發生著變化，同時單臺儀器中往往需要不止一個電壓源。在手動儀器儀表設備實現多路可調電壓源比較簡單，可以通過多個運放算放大器對單個電壓基準進行調節實現，基準輸入到運算放大器后，通過手動調節運算放大器的反饋電阻值的大小即可實現對每個電壓源的單獨控制。在進入數字化后，可調電壓源一般都通過數模轉換器來實現，數模轉換器一般都是芯片廠商封裝好，通過I²C、SPI總線等方式對模數轉換器中寄存器進行控制，實現電壓源的調節。

目前主流的多路可數字調節的基準電源是為MCU通過I\O口對數模轉換器進行控制實現，具體電路構成如圖1所示，其中所有數模轉換器共用時鐘、數據等信號，通過片選信號區分不同的數模轉換器，實現MCU對每一個DA進行分別控制，電路中器件均為封裝好器件，只需要通過總線進行通信即可實現多路可調的電壓源。但是這種多路可調電壓源在實際使用中采用多個單路模數轉換器，在成本上增加較大，隨著移動設備處理器以及內存使用量的快速增加，芯片廠對于其他芯片排產進一步減小，通用類的模數轉換器價格一直在增長，選用該方案的成本缺點變得愈加明顯。同時由于采用了多個芯片來實現輸出，在印制板設計時占用較多的空間也不利于產品的小型化設計。

目前另一種實現多路可調電壓源的方案是通過MCU的I/O口輸出PWM信號通過模擬低通濾波器濾掉PWM輸出的高頻部分，保留低頻的直流分量，從而得到對應的電壓源(參見圖2)。輸出電壓精度與PWM頻率與低通濾波器的設計相關。但這種多路可調電壓源是由低通濾波器設計而成存在一定難度，不易實現高精度需求。由于受限于低通濾波器的實現方案，PWM頻率越高對于輸出直流電壓源精度效果越好，對于MCU要求較高，多路輸出時需要控制多個PWM波形產生，對于軟件編寫要求較高。與上述第一種方案的多路可調電壓源類似也存在外圍器件復雜占用印制板面積大的缺點。

發明內容

基于現有技術所存在的問題，本發明的目的是提供一種用數模轉換器實現的多路可調電壓源及其控制方法，用簡單的數模轉換器件實現不同精度、不同速度需求的多路可調電壓源，從而解決輸出多路電壓源高成本以及電路復雜占用印制板面積大的問題。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明實施方式提供一種用數模轉換器實現的多路可調電壓源，包括：

MCU芯片、一個數模轉換器、第一至第五輸出運算放大器和第一至第四模擬開關；其中，

所述MCU芯片與所述數模轉換器通信連接；