DAC8412转换器及其在光纤陀螺检测电路中的应用

摘要： 为了程序控制光纤陀螺检测电路中的三路可调电压基准，采用现场可编程门阵列（FPGA）控制多路D/A转换器的方法。首先介绍了DAC8412的特点，设计了多路D/A转换硬件电路；接着采用硬件描述语言Verilog HDL进行FPGA逻辑编程，并给出了驱动DAC8412的仿真波形；最后测试了D/A的稳定精度。陀螺零漂测试结果说明该方法可行，这种方法给陀螺电路调试带来极大方便。

关键词：

DAC8412； 光纤陀螺（FOG）； 电路设计； 逻辑设计

中图分类号： U 666.1 文献标识码： A

引 言

基于光学Sagnac效应的光纤陀螺通过多年的研究与发展，已成为目前国内惯性仪表领域的主流陀螺之一。它具有无转动部件的全固态结构、动态范围大、响应速度快、功耗低、抗冲击振动、启动过程短、寿命长等突出优点[1，2]，精度可以覆盖从战术级到战略级、从民用到军用多种领域，具有良好的应用前景。

数字闭环光纤陀螺检测电路原理如图1所示[3]。

光纤陀螺检测电路包括信号检测部分、数字信号处理部分和数字相位阶梯波反馈三部分，主要完成信号解调、信号处理和信号反馈等功能。具体由前置放大电路、A/D转换电路、D/A转换电路、时序控制电路及以 FPGA为核心的数字信号处理电路组成。检测电路中的方波产生部分、D/A反馈部分和光源驱动电路中的恒流源部分都需要可调的电压基准，原方案中采用电压基准再分压得到，调试较麻烦。文中提出采用FPGA控制多路D/A的方法得到多路电压基准，实现了调试的程序控制，给陀螺电路调试带来极大方便。

1 DAC8412的特点

DAC8412是由ADI公司推出的4路、12位数模转换器[4]。该转换器是具有回读能力的电压输出DAC，采用高压BiCMOS工艺制造，这种单片集成电路DAC提供了非常高的封装密度。输出电压摆幅则是由两个参考输入VREFH 和VREFL共同决定。通过设置在VREFL 输入为0 V和VREFH输入为正电压，则DAC提供单极性正输出范围。一个类似的配置与VREFH 在0 V和VREFL 在一负电压提供了一个单极性负输出范围。双极性输出的配置，连接在VREFH 和VREFL 为非零电压。这种设定输出电压范围的方法比较灵活。数字控制允许用户载入或者回读来自任何DAC 的数据，载入任何一个DAC并在同一时间将数据传输到所有的DAC。RESET低电平有效时，对于DAC8412 载入所有的DAC 输出寄存器到中间刻度。DAC8412 可以采用28 线陶瓷DIP 封装。电源电压是±15 V，参考电压±10 V。功耗小于330 mW。DAC8412主要应用于自动测试设备，数字控制校准，伺服系统控制，过程控制设备。

2 电路设计

DAC把输入的数字量转换为随输入变化的模拟量。检测电路中的方波产生部分、D/A反馈部分和光源驱动电路中的恒流源部分都需要可调的电压基准，也就是说需要三路可变的电压信号。DAC8412输出四路模拟量，因此满足转换通道数要求。多路DAC8412转换电路包括FPGA电路、D/A转换电路两部分，硬件框图如图2所示。

2.1 FPGA电路

FPGA在光纤陀螺检测电路中作为整个信号处理系统的核心，要完成的任务包括数字解调、时序控制、数据存储、数据格式转换等几部分功能。FPGA在多路DAC8412转换电路中负责向DAC8412提供输入数字量和时序逻辑控制。电路原理框图如图3所示。

5 结 论

把FPGA控制多路D/A的电路接入光纤陀螺检测电路，陀螺零漂测试精度跟采用电压基准再分压的方法一样，说明该电路设计合理，能够满足整个陀螺系统对电压基准调整稳定性的要求。值得指出的是：这种方法提高了陀螺调试的程序控制化水平，但理论上认为采用电压基准再分压的方法得到电压基准更为稳定，因为D/A输出有LSB漂移[7]；可以把12位并行输入的DAC8412换成串行输入的多路D/A，这样可以减少FPGA管脚使用数。

参考文献：

[1] 张桂才.光纤陀螺原理与技术[M].北京：国防工业出版社，2008：1-3.

[2] 王 研.数字闭环光纤陀螺环路控制特性研究[D].北京：北京航空航天大学，2004：1-2.

[3] 张 唏.光纤陀螺闭环检测与控制[D].北京：北京航空航天大学，2001：19-21.

[4] 何希才.常用集成电路简明速查手册[M].北京：国防工业出版社，2006：246-247.

[5] 褚振勇，翁木云.FPGA设计及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002：43-45.

[6] 夏宇闻.Verilog数字系统设计教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008：167-168.

[7] 宋凝芳，崔未东，潘 雄.D/A量化对数字闭环光纤陀螺测量精度的影响分析[J].光学仪器，2010，32（3）：1-4.