基于雙12位DAC的高精度直流電壓/電流源設(shè)計(jì)

摘  要：本文論述了一種通過(guò)使用雙通道DAC實(shí)現(xiàn)高精度直流電壓源與電流源的方法，不僅兼顧了動(dòng)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(shè)計(jì)電路圖，并進(jìn)行了測(cè)試，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)的可行性。
關(guān)鍵詞：高精度；高分辨率；電壓源；電流源

引言
在儀表校準(zhǔn)中，希望直流電壓源或電流源的精度與分辨率足夠高，因?yàn)檫@是儀表能否校準(zhǔn)好的關(guān)鍵所在。然而，單純使用單個(gè)DAC的方法不僅成本高，而且各項(xiàng)性能并不能得到保證，因此，本文提出了一種使用一個(gè)雙通道DAC來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度直流電壓/電流源的方法，即一個(gè)通道實(shí)現(xiàn)高精度要求，另一個(gè)通道實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)范圍要求。這樣不僅節(jié)約了成本，精度也達(dá)到了要求。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
設(shè)計(jì)的思路是先產(chǎn)生一個(gè)分辨率為0.02mV、動(dòng)態(tài)范圍為0～2.5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)Vstand，然后通過(guò)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(shí)現(xiàn)高精度的電壓源。而動(dòng)態(tài)范圍為0～20mA、分辨率為0.001mA的高精度電流源則是通過(guò)將Vstand接到場(chǎng)效應(yīng)管的柵極來(lái)控制其漏極電流而得到。因此，該設(shè)計(jì)中最核心的部分是標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)Vstand的產(chǎn)生。
Vstand的產(chǎn)生
本設(shè)計(jì)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(hào)產(chǎn)生示意圖

D/A1、D/A2分別代表LTC1590中兩個(gè)獨(dú)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(lái)提供粗調(diào)電壓V1。D/A2輸出的電壓V2經(jīng)過(guò)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(biāo)準(zhǔn)電壓Vstand。
精密數(shù)字電位器采用的是8位256檔的AD8400，設(shè)K為AD8400的調(diào)節(jié)比例(0≤K≤1)，可以得到：V2‘＝V2