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06-21
摘要：介绍了几种典型的程控电压源及其电磁兼容设计。
关键字：转换器；电压源；电磁兼容 程控电压源及其电磁兼容设计 林占江 摘要：介绍了典型的程控电压源及其电磁兼容设计。
关键词：变频器；电压源；电磁兼容性 1 简介 在一些电子仪器和设备中，常常需要性能优异的可调电压源或电流源。
过去，它们大多采用运算放大器来完成。
现在，随着集成A/D和D/A转换器精度的提高，A/D和D/A转换器已被广泛用于构成精密程控电压源或电流源。
至于选择哪种类型的转换器，输出量是电压还是电流要根据实际情况来决定。
此外，转换器所在的系统充满了各种形式的噪声。
噪声必然产生测量误差，误差必然降低测量精度。
电磁干扰是影响测量精度的主要因素。
因此，在设计含有转换器的系统时，必须采取有效措施予以消除。
2 典型程控电压源 下面以D/A转换器为例，说明程控电压源的工作原理。
当D/A转换器的输出为电压输出时，它本身就是一个精度较好的程控电压源。
受控电压的精度取决于D/A转换器的相对精度。
图1是基本的可编程电压源电路。
图1 CNC可编程电压源 这里需要指出的是，当输出驱动能力足够时，不需要使用放大器A2。
根据D/A转换器的基本原理，电路应满足如下传递函数： UO=(UR/R??R)RFai·2-i (1) 式中：ai——第i位数字量，i=1,2,…,n，ai的值为“1”或“0”； UR——参考电压； RR——参考输入电阻； RF——放大器的反馈电阻。
对于偏移二进制码，传递函数为： UO=(UR/R??R)RF(ai·2-i-1/2) (2) 由方程(1), (2 ）可见，输出电压是参考电流IR=VR/Rr、反馈电阻Rf和输入数字量的函数。
改变参考电流IR和反馈电阻Rf可以改变最大输出幅度，改变输入数字代码可以控制输出电压的值。
也就是说，通过改变D/A转换器的输入数字量来实现编程。
如果所需电源的每个输出具有整数倍或幂关系，则可以直接使用n个乘法D/A转换器组成程控串联电源，如图2所示。
迭代相乘，其关系为： U1=-URD 图2 CNC系列电源 U2=-U1D=URD2 ... Un=-Un -1D =(-1)nURDn 其中：D——输入数字量。
图3是一种实用的程控电压源，用于计算机辅助测试设备的接口电路。
图3程控电压源 该电路可以输出0~20V的电压。
有一个步长为20mV的程控电压源。
齐纳二极管用作参考电压，晶体管V1-3用作电压。
和电流放大，数字输入量来自计算机的输出总线。
整个电路调整过程为：先将数字输入设置为全“1”调整W使VO=20V，然后将数字输入设置为全“0”并调整运放使VO=0。
3 可编程电压源的电磁兼容设计 选择合适的A/D和D/A转换器只是设计工作的起点。
任何转换器所处的具体系统往往需要综合考虑，特别是当系统中存在电源电压波动和其他噪声时，必须保证转换器的正常工作。
这是因为在电路中，噪声很容易淹没一个或多个数字信号，这在高速、高精度系统中尤其有害。
因此，有效、合理的电磁兼容设计至关重要。
电磁兼容性设计应遵循以下原则： 1）切断电磁辐射进入转换器并产生相互干扰的通道，减少空间耦合。
2）为防止外部设备、各种脉冲调制信号（雷达、无线电波、电视信号）、电磁场变化等因素的干扰，对电磁效应敏感的器件和部件必须采取屏蔽保护，例如：外壳屏蔽、电缆滤波和内部电缆屏蔽。
3）合理设计电路，正确选择器件和电路，准确计算器件和电路的各种参数，制定识别和隔离关键电路的措施，采取抑制干扰的技术方案。
尽量选择符合器件和电路实际负载能力的高工作信号电平，注意“接口”设计。
4）采用高稳定稳压电源，提高电源电压灵敏度，减少电源波动引起的线性误差、增益误差和调整误差，确保精度稳定可靠。
5）正确的接地和电路布局，考虑到不同频段的干扰特点和电路类型。
接地点可选择： ——浮地； ——一点接地； ——更多 指向地面。
合理的电路布局应是： ——正确布置元件??的位置和方向； ——不同用途、不同层次的连接线，如输入线和输出线、弱电线和强电线，电线要保持一定距离，更不能平行，高频线尽量短，传输线应屏蔽，地线应短而粗。
——对于复杂的工作系统（包括不同频率的工作电路，以及微电流、弱电流、强电流的不同子系统），需要进行合理的布局。
在EMC设备中，不同电路的地线应分为小信号、大信号、继电器和电源电路，地线连同机壳应分为三组或四组接地。
总之，电磁兼容设计是多种多样的。
有一点必须明确，那就是要有针对性、有效。
4结论 A/D和D/A转换器不仅处于系统内电子设备产生的电磁环境中，而且还处于系统外部自然和人为产生的电磁辐射环境中。
因此，电磁环境对转换器的性能具有潜在的不利影响，很容易导致其性能恶化甚至丧失功能。
这就要求设计者不仅要高度重视电磁兼容问题，而且要采取有效措施予以消除。
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