基于ARM 的高分辨率壓電陶瓷驅動電源設計方案（二）

4 驅動電源實驗結果

實驗用壓電陶瓷驅動電源的穩壓電源采用長峰朝陽電源公司的4NIC-X56ACDC 直流電源，輸出電壓精度≤1%,電壓調整率≤0.5%,電壓紋波≤1 mV(RMS)、10 mV(P-P)。測量設備采用KEITHLEY 2000 6 1/2Multimeter.

首先對DAC輸出分辨率進行測量，ARM控制器輸出持續5 s的階躍信號，同時在DAC輸出端對電壓信號進行測量，將測量結果部分顯示見圖8.圖8 中顯示AD5781的輸出電壓分辨率可達3.89e-5 V,即38.9 μV.

在模擬電路中，噪聲是不可避免的。對于壓電驅動電源來說，噪聲的等級限制了驅動電源的輸出分辨率。

圖8、9分別給出經典放大電路和改進后的放大電路的測試噪聲。從圖中可得通過使用PI控制器和相位補償元件將壓電驅動電源的輸出噪聲從1.82 mV(RMS)降低至0.43 mV(RMS)。

圖10給出了放大電路的輸出分辨率，放大電路的分辨率決定了PZT的定位精度，如要實現納米級的定位精度，驅動電源的分辨率需要達到毫伏級。圖10中，輸出電壓的分辨率可達到1.44 mV.

最后，給出驅動電源電壓線性度曲線。線性度能夠真實的反映出輸出值相對于輸入真值的偏差程度。

線性度曲線如圖11所示。得到擬合直線Yfit=9.846Vin+0.024 2,最大非線性誤差為0.024%,能夠滿足精密定位需求。

5 結論

本文設計的基于ARM的高分辨率壓電陶瓷驅動電源的方案，該方案采用直流放大原理，具有低電路噪聲、高分辨率和低輸出非線性度等特性，同時驅動電源的帶寬可達100 kHz.以上特性使本方案的壓電驅動電源能夠應用于納米級靜態定位的需求，由于其性價比高、結構簡單，故具有很高的實用價值。而實驗結果也表明：本方案所設計的電源輸出電壓噪聲低于0.43 mV、輸出最大非線性誤差低于0.024%、分辨率可達1.44 mV,能夠滿足高分辨率微位移定位系統中靜態定位控制的需求。