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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路主要由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1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SI8440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AD5542，這是一款單通道、16位、串行輸入、電壓輸出數模轉換器，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;其具有±0.5LSB的積分非線性典型值，±0.5LSB的微分非線性為-1.5LSB的增益誤差，±0.1 ppm/℃的增益誤差的溫度系數，±1 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，-VREF～VREF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， 0.05%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，3.75mVP-P的電壓噪聲，90nV /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。 AD5542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10mV的輸入失調電壓，30pA的輸入失調電流，0.2mV/℃的輸入失調電壓溫度系數，5ppm/V的輸入電壓調節率，0.4 pA/℃的輸入失調電流溫度系數，0.5mVP-P的電壓噪聲，17nV/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，0.2mV/℃的輸入失調電壓溫度系數和0.5mVP-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 AD5542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+約等于V-，則電流Iout=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 ● AD5542的電源應使用10mF和0.1mF電容進行旁路。這些電容應盡可能靠近該器件，10mF電容為鉭電解電容，0.1mF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AD5542，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。 參考文獻： [1] 際凱盎.恒流源及其應用電路[M].杭州：浙江科學技術出版社,1992 [2] 王琦, 王君. 精密程控電流源的設計及其應用[J]. 國外電子元器件, 2005(10)：30-34 [3] 童詩白. 模擬電子技術基礎[M]. 北京：高等教育出版社，1995 [4] 趙保經. A/D和D/A轉換器應用手冊[M]. 上海：上海科學普及出版社，1995 [5] 楊振江, 蔡德芳. 新型集成電路使用指南與典型應用[M].西安：西安電子科技大學出版社, 2000 作者：莊小利 北京康拓科技開發總公司 張曉琦 電信科學技術第十研究所 莊福利 新鄉市華星儀表儀器有限公司 時間：2010-04-19 |
