基于ARM的高分辨率壓電陶瓷驅動電源
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在硬件電路設計中，由于AD5781采用的精密架構，要求強制檢測緩沖其電壓基準輸入，確保達到規定的線性度。因此選擇用于緩沖基準輸入的放大器應具有低噪聲、低溫漂和低輸入偏置電流特性。這里選用AD8676，AD8676是一款超精密、36 V、2．8 nV／
雙通道運算放大器，具有0．6μV／℃低失調漂移和2 nA輸入偏置電流，因而能為AD5781提供精密電壓基準。通過下拉電阻將AD5781的CLR和LDAC引腳電平拉低，用于設置AD5781為DAC二進制寄存器編碼格式和配置輸出在SYNC的上升沿更新。本文引用地址：http://www.104case.com/article/201610/306027.htm
在ARM端的軟件設計中，除正確配置AD5781的相關寄存器外，還應正確配置SPI的時鐘相位、時鐘極性和通信模式。正確的SPI接口時序配置圖如圖3所示。
3 高壓線性放大電路設計
本文壓電驅動電源采用直流放大原理，通過高壓線性放大電路得到0～100 V連續可調的直流電壓驅動壓電陶瓷。放大電路決定著電源輸出電壓的分辨率和線性度，是整個電源的關鍵。
3．1 經典線性放大電路設計
放大電路采用美國APEX公司生產的高壓運算放大器PA78作為主芯片。PA78的輸入失調電壓為8mV，溫漂-63V／℃，轉換速率350 V／μs，輸入阻抗108Ω，輸出阻抗44 Ω，共模抑制比118 dB。基于PA78的線性放大電路設計如圖4所示。配置PA78為正向放大器，放大倍數為Gain= 1+R2／R1，得到輸出電壓范圍為0～100 V。
如果運放兩個輸入端上的電壓均為0 V，則輸出端電壓也應該等于0 V。但事實上，由于放大器制造工藝的原因，不可避免地造成同相和反相輸入端的不匹配，使輸出端總有一些電壓，該電壓稱為失調電壓。失調電壓隨著溫度的變化而改變，這種現象被稱為溫度漂移(溫漂)，溫漂的大小隨時間而變化。PA78的失調電壓和溫漂分別為8 mV、-63 V／℃，并且失調電壓和溫漂都是隨機的，使PA78無法應用于毫伏級分辨率的電壓輸出，需要對放大電路進行改進。
3．2 放大電路的改進
這里將PA78視為被控對象G(S)，將失調電壓和溫漂視為擾動N(S)，這樣就把提高放大器輸出電壓精度轉化成減小控制系統的穩態誤差的控制器設計的問題。在控制器的設計中常用的校正方法有串聯校正和反饋校正兩種。一般來說反饋校正所需的元件數少、電路簡單。但是在高壓放大電路中，反饋信號是由PA78的輸出級提供。反饋信號的功率較高，為元件選型和電路設計帶來不便，故線性放大電路中不使用反饋
校正法。而在串聯校正方法中，有源器件的輸入不包含高壓反饋信號，所以該設計采用串聯校正方法，采用模擬PI(比例-積分)控制器G1(S)進行校正，如圖5所示。
圖5中，PI控制器將輸出信號c(t)同時成比例的反應輸入信號e(t)及其積分，即：
由式(2)觀察可得，PI控制器相當于在控制系統中增加了一個位于原點的開環極點，開環極點的存在可以提高系統的型別，由于系統的型別的提高可以減小系統的階躍擾動穩態誤差(對于線性放大電路，可視失調電壓和溫漂為階躍擾動)。同時PI控制器還增加了一個位于復平面中左半平面的開環零點，復實零點的增加可以提高系統的阻尼程度，從而改善系統的動態性能，緩解由犧牲的動態性能換取穩態性能對系統產生的不利影響。
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