AD5542設計的高精度數(shù)控恒流源技術

本文給出了一種基于AD5542設計的高精度數(shù)控恒流源電路，并已成功應用于陀螺和加速度計等測試中。隨著電子技術向各個領域的滲透，許多場合，尤其是高精度測控系統(tǒng)需要高精度、高穩(wěn)定性的數(shù)控恒流源。數(shù)控恒流源主要由D/A來控制電流輸出大小，恒流源的分辨率、精度、穩(wěn)定性主要取決于D/A芯片及其外圍電路，因此要達到高精度、高穩(wěn)定性的恒流源，必須在選器件上慎重考慮。

基本原理
該高精度數(shù)控恒流源的結構原理框圖如圖1所示，它由總線端、數(shù)字隔離電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、V/I轉(zhuǎn)換電路組成，D/A采用16位芯片AD5542，V/I轉(zhuǎn)換電路采用了高精度運放OP97和三極管來實現(xiàn)。

圖1 高精度數(shù)控恒流源的結構原理框圖

硬件電路設計
1 D/A轉(zhuǎn)換電路
數(shù)字隔離電路采用專門的磁隔芯片，在此不作介紹。AD5542是ADI公司的一款單通道、16位、串行輸入、電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器，采用5V單電源供電。采用多功能三線式接口，并且與SPI、QSPI、MICROWIRE、DSP接口標準兼容?？商峁?6位性能，無須進行任何調(diào)整。DAC輸出不經(jīng)過緩沖，可降低功耗，并減少輸出緩沖所造成的失調(diào)誤差。AD5542的主要性能指標如表1所示。

從表1中可以看出，AD5542的各項性能參數(shù)都是很優(yōu)越的。設計的高精度數(shù)控恒流源的D/A轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。

圖2 高精度數(shù)控恒流源的D/A轉(zhuǎn)換電路

ADR433作為D/A芯片AD5542的外部基準源，其初始精度、噪聲和溫度系數(shù)直接決定了D/A輸出的精度。ADR433B主要性能指標如表2所示。

由表2可知，ADR433B的初始精度為0.05%，噪聲為3.75μVP-P,溫度系數(shù)為1×10-6/℃，在基準源芯片中其性能也是一流的。

AD5542芯片內(nèi)部輸出沒有驅(qū)動運放，需要外加一個低噪聲、低失調(diào)電壓、低失調(diào)電流和低溫度系數(shù)的運放，本電路選用的是ADI公司的OP97E運放。其主要性能指標如表3所示。

2 V/I轉(zhuǎn)換電路
AD5542經(jīng)OP97運放輸出的是量程為±3V的電壓，要想變?yōu)殡娏鳎柙偌右患塚/I變換電路，本電路所用的V/I轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。

圖3 V/I轉(zhuǎn)換電路

此電路通過外接負載形成同相比例放大電路，由深度負反饋電路可知，U7的V+約等于V-，則電流I=V-/R9，只要控制V+，就可以得到相應可控的高精度雙極性電流，后端接的互補推挽三極管用來輸出經(jīng)擴流后的雙極性電流。

印制板設計
AD5542的電源應使用10μF和0.1μF電容進行旁路。這些電容應盡可能靠近該器件，10μF電容為鉭電解電容，0.1μF電容為陶瓷電容。針對內(nèi)部邏輯開關引起的瞬態(tài)電流所導致的高頻，該0.1μF電容可提供低阻抗接地路徑。電源走線應盡可能寬，以提供低阻抗路徑，并減小電源線路上的突波效應。時鐘和其他快速開關數(shù)字信號應遠離模擬信號?；鶞市酒珹DR433應盡量接近AD5542，增粗其輸出與AD5542的REF引腳之間的連線，并在此連線上增加旁路電容，以減小ADR433的輸出噪聲對D/A輸出精度的影響。

測試結果
本電路輸出電流是雙極性的，通過設置固定的幾個碼值，用Agilent34401高精度6位半萬用表，上電后經(jīng)過4小時測試，其分辨率和精度均能達到16位，穩(wěn)定性也非常好。測試數(shù)據(jù)如表4所示。

結束語
基于AD5542芯片設計的高精度數(shù)控恒流源，可提供分辨率和精度均為16位的差分輸出電流，減小了不同系統(tǒng)由于參考地之間的差異造成的誤差，適用于測控系統(tǒng)的高精度測量領域。