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16位线性超安稳、低噪声、双极性±10V直流电压源电路图

电路功能与优势图1所示电路是一个16位、超稳定、低噪声、精密、双极性、±10V电压源,仅需搭配最少数量的精密外部元件。AD5760电压输出DAC(B级)的积分非线性(INL)最大值为±0.5LSB,差

电路功用与优势

  图1所示电路是一个16位、超安稳、低噪声、精细、双极性、±10 V电压源,仅需调配最少数量的精细外部元件。

  AD5760电压输出DAC(B级)的积分非线性(INL)最大值为 ±0.5 LSB,差分非线性(DNL)最大值为±0.5 LSB。

  完好体系具有低于0.1 LSB的峰峰值噪声和漂移,以100秒时刻距离进行丈量。该电路适用于医疗仪器、测验和丈量,以及需求精细低漂移电压源的工业操控运用中。

  

  图1. 16位精细±10 V电压源(原理示意图:未显现一切衔接和去耦)

  电路描绘

  图1所示电路根据真16位、无缓冲电压输出DACAD5760选用最高33 V双极性电源供电。AD5760的正基准电压输入规模为5 V至V DD − 2.5 V,负基准电压输入规模为VSS + 2.5 V 至0 V,相对精度最大值为±0.5 LSB,确保作业单调性,差分非线性(DNL)最大值为±0.5 LSB。AD5760输出噪声为8 nV/√Hz,还具有极高的长时间线性差错安稳性(0.00625 LSB)。

  图1显现AD5760装备为带有扩大器输入偏置电流补偿的单位增益形式,可发生对称的双极性输出电压规模。此作业形式选用外部输出运算扩大器和片内电阻(拜见AD5760数据手册)来供给输入偏置电流补偿。这些内部电阻相互之间以及与DAC梯形电阻之间均热匹配,因而可完成比率热盯梢。

  精细运算扩大器AD8675 具有低失调电压(最大值75 μV)和低噪声(典型值2.8 nV/√Hz,0.1 μV p-p,0.1 Hz至10 Hz)特性,是AD5760的最佳输出缓冲器。AD5760具有两个内部匹配的6.8 kΩ前馈和反应电阻,它们既能够衔接到运算扩大器 AD8675以供给10 V失调电压,然后完成±10 V输出摆幅,也能够并行衔接以供给偏置电流消除功用。本例显现±10 V双极性输出,电阻用于偏置电流消除功用。内部电阻衔接经过设置AD5760操控寄存器中的相关位来操控(拜见AD5760 数据手册)。

  ADR4550是高精度基准电压源,供给超卓的温度安稳性(最大值2 ppm/°C,B级)和超低输出电压噪声(2.8 μV p-p,0.1 Hz 至10 Hz)。这些特性使其成为AD5760的抱负基准电压源。

  为了取得±10 V输出电压规模,运用AD8675和AD8676 (双通道AD8675)将ADR4550的+5 V基准电压扩大至±10 V(如图1 所示)。

  输出缓冲器相同选用AD8675,它具有低噪声和低漂移特性。此扩大器与AD8676(AD8675的双通道版别)一起将低噪声ADR4550的+5 V基准电压别离扩大至+10 V和-10 V。此增益电路中的R1、R2、R3和R4为精细金属薄片电阻,其容差和温度系数电阻别离为0.01%和0.6 ppm/°C。R6和C4构成低通滤波器,截止频率大约为10 Hz。该滤波器用于衰减基准电压源噪声。

  如有需求,可运用单个双通道扩大器AD8676替代电路中的两个运算扩大器AD8675。但是,EVAL-AD5760SDZ板规划用于供给输出级灵活性,因而本例中挑选两个运算扩大器 AD8675。

  该电路的数字输入选用串行输入,并与规范SPI、QSPI、 M%&&&&&%ROWIRE®和DSP接口规范兼容。

  线性度丈量

  运用Agilent 3458A万用表,在EVAL-AD5760评价板上演示图 1所示电路的精细功能。图2显现积分非线性与DAC代码具有函数联系,且坐落± 0.5 LSB的标准规模内。

  图3显现差分非线性与DAC代码具有函数联系,且坐落±0.5 LSB的标准规模内。

  

  图2. 积分非线性与DAC码的联系

  

  图3. 微分非线性与DAC码的联系

  噪声漂移丈量

  要完成高精度,电路输出端的峰峰值噪声有必要维持在1 LSB 以下,关于16位分辨率和+10 V单极性电压规模为152 μV,而关于20 V峰峰值电压规模则为305 μV。

  实践运用中不会在0.1 Hz处有高通截止频率来衰减1/f噪声,但会在其通带中包括低至直流的频率;因而,测得的峰峰值噪声关于+10 V单极性电压规模如图4所示,而关于±10 V 双极性电压规模则如图5所示。两种情况下,电路输出端的噪声是在100秒内测得的,丈量充沛包括低至0.01 Hz的频率。

  图4显现10 V输出规模内的信号链噪声功能(1 LSB = 152 μV)。将AD5760的VREFN输入接地即可得到10 V规模。

  

  图4. 运用ADR4550基准电压源和10 V峰峰值单极性输出电压规模,100秒内测得的DAC输出电压噪声:满量程(蓝色)、中心电平(绿色)和零电平(赤色)

  图4中10 V规模的峰峰值输出噪声总结如下:

  零电平 = 0.96 μV p-p = 0.006 LSB p-p

  中心电平 = 7.46 μV p-p = 0.05 LSB p-p

  满量程 = 12.88 μV p-p = 0.08 LSB p-p

  零电平输出电压的噪声最低,此刻噪声仅来自DAC内核,这仅仅是由于VREFN输入接地。挑选零电平码时,DAC会衰减各基准电压途径的噪声奉献。

  频率较低时,温度漂移和热电偶效应会变成差错源。经过挑选热系数较小的器材能够将上述效应降至最小。在此电路中,低频1/f噪声的首要来历是基准电压源。别的,基准电压源的温度系数值也是电路中最大的,为2 ppm/°C。

  图5显现20 V输出规模内的信号链噪声功能(1 LSB = 305 μV)。

  

  图5. 运用ADR4550基准电压源和20 V峰峰值双极性输出电压规模,
100秒内测得的DAC输出电压噪声:满量程(蓝色)、中心电平(绿色)和零电平(赤色)

  图5中20 V规模的峰峰值噪声总结如下:

  零电平 = 18 μV p-p = 0.06 LSB p-p

  中心电平 = 2.47 μV p-p = 0.008 LSB p-p

  满量程 = 9.22 μV p-p = 0.03 LSB p-p

  中心电平常具有最低的噪声,由于DAC内核在该电平方位具有针对基准电压源的最大衰减。

  零电平常的噪声大于满量程时的噪声,由于负基准电压经过额定的缓冲器级。

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