基于Multibus总线的隔离AD／DA模块设计

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％。
在对于其它器件的选择上，同样考虑了其精度问题，选用误差非常小或对精度影响非常小的器件。隔离运放选用高精度隔离运放IOS120 P，它的非线性误差≤0．010％。电压电流变换器XTR110的最大非线性误差为0．005％。同样，DC／DC电源也选用纹波非常小的模块。
这样系统的A／D输入的理论误差为A／D转换误差加隔离误差：0．0061％+0．010％=0．0161％，满足用户要求的0．025％。D／A输出的理论误差为D／A转换误差加隔离误差加电压电流转换误差：0．0031％+0．010+0．005％=0．0181％，同样满足使用要求。
2．2 电源设计
系统电源包括+5V、+15V、-15V、+24V。
模块所需的核心电压为+5V，电压电流变换器XTR110所需的+24V由系统的电源模块提供。隔离器件的隔离+5V电压，由DC／DC隔离电源模块UWR-5／1600-D5A提供。
AD、DA芯片需要提供+15V、-15V两种电源。则由DC／DC隔离电源模块UWR-15／275-D5A提供。选用DC／DC隔离电源模块的特点是效率高、升降压灵活且稳定性高。
2．3 电压电流变换设计
根据实际需求，需要把DA转换后的模块电压量，变换成所需的电流量。因此隔离后的电压量经过电压电流变换器XTR110得到4～20mA的电流量输出。如图2所示：

2．4 抗干扰性设计
信号经过30m传输后串入的干扰很可能比较大。输入的采样信号为低频信号，为了减小干扰信号对转换精度的影响，除了对输入的信号进行隔离外，在多路开关进行通道选择前加一级RC低频滤波以提高抗干扰性。同时将RC低频滤波电路放在通道选择前，这样整个通道的建立到转换完成时间也会大大减少。