l匀场电源讲义-研究生.ppt

仪器研制 匀场电源篇 主讲：郑振耀 主要内容 功能描述 电路结构 串口方案 以太网方案的硬件电路 以太网方案的嵌入式系统及软件 一、 功能描述 NMR谱仪结构 匀场电源功能 室温匀场电源是输出恒定的电流通过匀场线圈,进行磁场矫正，也可以说匀场电源是一个高精度高稳定度的恒流源，其输出电流与负载无关。 目的是使样品体积内的磁场分布均匀,在超导匀场基础上，将磁场均匀度提高到10-9,保证核磁共振波谱仪获得高分辨率高稳定度的谱图。 主要技术指标 高精度：采用16位DAC转换，步长±5/65536 DAC：单调性的16bits，工作温度?40℃到+85℃ DAC输出电压：双极性±5.000Vdc 外部电源供应要求：单相220V±7%，50Hz交流，功率400W 反应时间：1ms to 90%的最大电流值 温度系数：10 ppm（轴向）；20 ppm（横向） 躁声：5 ppm @ 1 kHz BW 二、 电路结构 匀场电源结构 稳压电源电路 稳压电源电路的作用是为整个匀场电源提供恒定直流电源。电路可分为四部分: CPU side： +5V @ 1A Axial driver side： +5V @ 300mA ; +15V @ 200mA ; -15V @ 200mA; +12V @ 1.5A ; - 12V @ 1.5° Transverse driver side：+5V @ 600mA +15V @ 600mA ; -15V @ 600mA +9V @ 7.0A ; -9V @ 7.0A Z0/Z1 side： +5V @ 200mA? +15V @ 100mA ; -15V @ 100mA? +12V @ 1.5A ; -12V @ 1.5A CPU side 电路分析 Z0 Z1匀场电路 Z0和Z1通道被独立出来，是由于Z0/Z1匀场电路要求控制精度更高，电路也更复杂。 Z0通道用于锁场控制，主要是锁环，具有采样保持和滤波功能，而且还可以自定义锁环时间常数，提高锁场速度。 Z1通道主要用于匀场，但是在某些场合，由于探头没有带梯度静磁场（PFG)线圈单元，就只能将Z1线圈作为梯度场线圈来产生梯度场实现一些功能。因此，Z1通道还具有脉冲发生和控制电路。 Z0 Z1电路原理图 V-C转换电路 匀场电源驱动模块 驱动模块由数/模转换和电压/电流转换两部分构成。 电压电流转换部分与Z0/Z1的V-C转换电路相同。 数/模转换模块由7片高精度DAC7734组成，每片四路。 24位串行数据=路选信号+16位匀场数据 三、 串口方案 串口模块结构 匀场电源控制模块串口通信方案由RS232/RS485 转换电路、CPU 控制电路、译码电路三部分组成 RS232/RS485转换电路 计算机自带RS232接口电平值高，易损坏器件，与TTL电平不兼容，传输速率低，传输距离有限，搞干扰能力弱。 RS485克服以上缺点，差分信号抗干扰，最远达1200米。 RS232/RS485电源 光电隔离芯片6N137左右两边的电源应相互独立，这样才能达到减小干扰的目的。 CPU控制电路 CPU控制电路由单片机（STC89C58）实现。 该电路与计算机进行RS485串口通信，接收来自计算机的匀场控制数据，并负责将匀场控制数据以SPI接口形式发送到匀场驱动板的DAC7734。 CPU控制电路 A0-A3 对7片DAC7734及EEPROM片选。 SDI SDO完成串行数据收发。 译码模块由CPU中软件实现。 CPU软件设计 四、 以太网方案硬件电路 以太网模块结构 部分模块说明 以太网控制器采用DM9000AE，自适应10/100M以太网芯片。 JTAG接口用于在线调试，数据直接进入FPGA，掉电后数据丢失。 EPCS用于存储FPGA的硬件配置文件，FLASH用于存储软件，FPGA上电后自动从这两芯片中读取数据，完成配置。 SDRAM作为嵌入式系统运行时的内存。 FPGA管脚电压3.3V，DAC7734要求5V，故有3.3转5V电路。 电源电路是单板调试时的电源。装机后，由