該方案先介紹了電源系統中的數字電路部分和模擬電路部分，并對驅動(dòng)電源的精度與穩定性進(jìn)行了分析與改進(jìn)。最后對驅動(dòng)電源的性能進(jìn)行了實(shí)驗驗證。實(shí)驗結果表明：該設計方案的電源輸出電壓噪聲低于0.43 mV、輸出最大非線(xiàn)性誤差低于0.024%、分辨率可達1.44 mV，能夠滿(mǎn)足高分辨率微位移定位系統中靜態(tài)定位控制的需求。

壓電陶瓷驅動(dòng)器（PZT）是微位移平臺的核心，其主要原理是利用壓電陶瓷的逆壓電效應產(chǎn)生形變，從而驅動(dòng)執行元件發(fā)生微位移。壓電陶瓷驅動(dòng)器具有分辨率高、響應頻率快、推力大和體積小等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、機器人、微機電系統、精密加工以及生物工程等領(lǐng)域中得到了廣泛的應用。然而壓電陶瓷驅動(dòng)器的應用離不開(kāi)性能良好的壓電陶瓷驅動(dòng)電源。要實(shí)現納米級定位的應用，壓電陶瓷驅動(dòng)電源的輸出電壓需要在一定范圍內連續可調，同電壓分辨率需要達到毫伏級。因此壓電陶瓷驅動(dòng)電源技術(shù)已成為壓電微位移平臺中的關(guān)鍵技術(shù)。

D/A 電路設計

由于壓電驅動(dòng)電源要求輸出電壓范圍為0~100 V，分辨率達到毫伏級，所以D/A 的分辨率需達到亞毫伏級。本設計采用AD5781作為D/A 器件。AD5781是一款SPI 接口的18位高精度轉換器， 輸出電壓范圍-10~10 V，提供±0.5 LSB INL，±0.5 LSB DNL 和7.5 nV/Hz 噪聲頻譜密度。另外，AD5781 還具有極低的溫漂（0.05 ppm/℃）特性。因此，該D/A 轉換器芯片特別適合于精密模擬數據的獲取與控制。D/A 電路設計如圖1所示。

在硬件電路設計中，由于A(yíng)D5781 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(xiàn)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/ Hz 雙通道運算放大器，具有0.6 μV/℃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(guò)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(jìn)制寄存器編碼格式和配置輸出在SYNC 的上升沿更新。在A(yíng)RM 端的軟件設計中，除正確配置AD5781的相關(guān)寄存器外，還應正確配置SPI的時(shí)鐘相位、時(shí)鐘極性和通信模式。
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線(xiàn)性放大電路設計

從工程角度考慮，由于干擾源的存在，會(huì )使系統的穩定性發(fā)生變化，導致系統發(fā)生震蕩。因此保證控制系統具有一定的抗干擾性的方法是使系統具有一定的穩定裕度即相角裕度。由于實(shí)際電路中存在雜散電容，其中放大器反向輸入端的對地電容對系統的穩定性有較大的影響。如圖6所示，采用C5和C6補償反向端的雜散電容。從系統函數的角度看，即構成超前校正，增加開(kāi)環(huán)系統的開(kāi)環(huán)截止頻率，從事增加系統帶寬提高響應速度。PA78有兩對相位補償引腳，通過(guò)外部的RC 網(wǎng)絡(luò )對放大器內部的零極點(diǎn)進(jìn)行補償。通過(guò)PA78的數據表可知，PA78內部的零極點(diǎn)位于高頻段。根據控制系統抗噪聲能力的需求，配置RC 網(wǎng)絡(luò )使高頻段的幅值特性曲線(xiàn)迅速衰減，從而提高系統的抗干擾能力。圖中，R4，C1與R5，C2構成RC 補償網(wǎng)絡(luò )。

此外電路中C3的作用是防止輸出信號下降沿的振動(dòng)引起的干擾；R10起到偏置電阻的作用，將電源電流注入到放大器的輸出級，提高PA78的驅動(dòng)能力。將PI 控制器的參數分別設置為KP=10、KI=0.02;超前校正補償電容分別為12 pF 和220 pF;RC 補償網(wǎng)絡(luò )為R=10 kΩ、C=22 pF.利用線(xiàn)性放大電路的Spice 模型進(jìn)行仿真得到幅頻特性和相頻特性曲線(xiàn)如圖所示。從圖中觀(guān)察可得，放大系統的帶寬可達100 kHz，從而保證了系統良好的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)相角裕度6使系統具有較高的穩定性。

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