一種高精度數控雙極性恒流源電路的設計

引言

近年來，隨著計算機使用的普及，在實際的測量和控制中，特別是由計算機參與的測控過程中，數控恒流源往往是電路中不可缺少的組成部分。隨著大規模集成電路的發展。測控技術在精度方面提出了更高要求。

本文設計的高精度數控雙極性恒流源電略主要由D／A芯片AD5542，基準源芯片ADR433，高精度運放OP97和三極管來實現。

系統硬件設計

該高精度數控雙極性恒流源的系統框圖如圖l所示，它由總線端、數字隔離電路、D／A轉換電路、v／I轉換電路組成。計算機通過總線傳送給D／A芯片碼值，D／A將碼值轉換成相應的電壓，然后通過v／I轉換電路將電壓轉換成電流，由于該D／A輸出的電壓是雙極性的、因此可以獲得雙極性的電流。

D／A轉換電路

數字隔離電路就是用專門的磁隔S18440芯片來對計算機輸出的數字信號和D／A輸出的模擬信號進行隔離。D／A轉換電路中的D／A芯片采用ADI公司的ADSS42，這是一款單通道、16位、串行輸入、電壓輸出數模轉換器，采用SV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：其具有±0，SLSB的積分非線性典型值，±0，SLSB的微分非線性為，1，SLSB的增益誤差，±0，1 ppm／℃的增益誤差的溫度系數，±l LSB的雙極性零點誤差，±0，2 ppm／℃的雙極性零點誤差的溫度系數，-vR～V的輸出電壓范圍，在常溫下無需進行任何調整就可提供16位性能：其輸出不經過緩沖，可降低功耗，并減少輸出緩沖所造成的失調誤差。

設計的高精度數控恒流源的D／A轉換電路如圖2所示。

ADR433作為D／A芯片AD5542的外部基準源，其初始精度、噪聲和溫度系數直接決定了D／A輸出的精度。選用其系列的ADR433B，此芯片具有3，0V的輸出電壓，O，05％的初始精度，1ppm／℃的溫度系數，5ppm／V的輸入電壓調節率，15ppm／mA的，負載調節率，3 75pVp，，的電壓噪聲，90nV／√面的電壓噪聲密度，40ppm的長期穩定性。ADR433B的初始精度、噪聲和溫度系數保證了AD5542的16位分辨率和精度。

ADs542芯片內部輸出沒有驅動運放，需要外加一個低噪聲、低失調電壓、低失調電流和低溫度系數的運放，本電路選用的是ADI公司的OP97E運放。OP97E運放具有10gV的輸入失調電壓，30pA的輸入失調電流，0，2uv／℃的輸入失調電壓溫度系數，5ppm／V的輸入電壓調節率，O，4 pA／℃的輸入失調電流溫度系數，，0 SgVv，p的電壓噪聲，17nV／√面的電壓噪聲密度，132dB的電源抑制比。運放的輸入失調電壓可以在軟件中進行補償，O，2LLv／℃的輸入失調電壓溫度系數和0.5gVp，p的電壓噪聲使得其對輸，出電流的影響可以忽略。

V／I轉換電路

ADs542經Op97運放輸出量程為±3.3V的電壓，要想變為電流，需加一級v／I變換電路，本電路所用的v／I轉換電路如圖3所示。

此電路通過外接負載形成同相比例放大電路，由深度負反饋電路特點可知，U7的v十約等于v_，則電流L=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，后端接的互補三極管用來輸出經擴流后的雙極性電流。

系統設計應注意的幾個問題

·ADs542的電源應使用lOuF和0.1uF電容進行旁路。這些電容應盡可能靠近該器件，10uF電容為鉭電解電容，0.1gF電容為陶瓷電容。

·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字信號應遠離模擬信號。

·基準芯片ADR433應盡量接近ADss42，加粗其輸出與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1小時后測試，測得的數據如表1所示，輸出電流與碼值之間的線性關系如圖4所示。

經計算其穩定度為8.0e－6。分辨率為1.5e－5。

結語

此設計的高精度數控雙極性恒流源，分辨率、精度和穩定度都很好，且易于上位機軟件進行控制，很適合用于工控領域的高精度測量系統。