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，同時(shí)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)。
壓電陶瓷驅動(dòng)器基于A(yíng)RM的低壓電路設計：
1.ARM控制器
壓電陶瓷驅動(dòng)電源中ARM控制器主要提供兩方面功能：
作為通信設備提供通用的輸入/輸出接口;作為控制器運行相關(guān)控制算法以及產(chǎn)生控制信號或波形實(shí)現PZT的靜態(tài)定位操作。針對如上需求，設計采用LPC2131作為主控制器，內部具有8 KB片內靜態(tài)RAM和32 KB嵌入的高速FLASH存儲器;具有兩個(gè)通用UART接口、I2C接口和一個(gè)SPI接口。由于控制器具有較高的數據處理能力和豐富的接口資源使其能夠作為壓電驅動(dòng)電源的控制芯片。
2.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。AD5781具有低的溫漂特性。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。
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、雙通道運算放大器，具有低失調漂移和輸入偏置電流，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。
