基于雙12位DAC的高精度直流電壓/電流源設計

摘  要：本文論述了一種通過使用雙通道DAC實現(xiàn)高精度直流電壓源與電流源的方法，不僅兼顧了動態(tài)范圍和分辨率，還節(jié)約了成本。除了理論分析外，給出了硬件設計電路圖，并進行了測試，驗證了該設計的可行性。
關鍵詞：高精度；高分辨率；電壓源；電流源

引言
在儀表校準中，希望直流電壓源或電流源的精度與分辨率足夠高，因為這是儀表能否校準好的關鍵所在。然而，單純使用單個DAC的方法不僅成本高，而且各項性能并不能得到保證，因此，本文提出了一種使用一個雙通道DAC來實現(xiàn)高精度直流電壓/電流源的方法，即一個通道實現(xiàn)高精度要求，另一個通道實現(xiàn)動態(tài)范圍要求。這樣不僅節(jié)約了成本，精度也達到了要求。

系統(tǒng)設計實現(xiàn)
設計的思路是先產(chǎn)生一個分辨率為0.02mV、動態(tài)范圍為0～2.5V的標準電壓信號Vstand，然后通過放大電路將該基本電壓放大5倍，就可以得到0～12.5V、分辨率為0.1mV的直流電壓，從而實現(xiàn)高精度的電壓源。而動態(tài)范圍為0～20mA、分辨率為0.001mA的高精度電流源則是通過將Vstand接到場效應管的柵極來控制其漏極電流而得到。因此，該設計中最核心的部分是標準電壓信號Vstand的產(chǎn)生。
Vstand的產(chǎn)生
本設計使用的是雙12位DAC LTC1590。Vstand的產(chǎn)生如圖1所示。

圖1   基本電壓信號產(chǎn)生示意圖

D/A1、D/A2分別代表LTC1590中兩個獨立的、精度都為12位的DAC。參考電壓都采用AD780提供的2.5V電壓。
D/A1用來提供粗調(diào)電壓V1。D/A2輸出的電壓V2經(jīng)過衰減200倍后得到精調(diào)電壓V2’’，中間所加的精密數(shù)字電位器起調(diào)節(jié)V2’’分辨率的作用，最后精調(diào)電壓與粗調(diào)電壓相加，便得到標準電壓Vstand。
精密數(shù)字電位器采用的是8位256檔的AD8400，設K為AD8400的調(diào)節(jié)比例(0≤K≤1)，可以得到：V2‘＝V2