來源：電子設計應用 作者：黃雷 李云鵬 黃建國

    摘 要：本文論述了一種通過使用雙通道dac實現高精度直流電壓源與電流源的方法，不僅兼顧了動態范圍和分辨率，還節約了成本。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來實現高精度直流電壓/電流源的方法，即一個通道實現高精度要求，另一個通道實現動態范圍要求。這樣不僅節約了成本，精度也達到了要求。

    系統設計實現

    設計的思路是先產生一個分辨率為0.02mv、動態范圍為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，從而實現高精度的電壓源。而動態范圍為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的產生。

    vstand的產生

    本設計使用的是雙12位dac ltc1590。vstand的產生如圖1所示。

    圖1 基本電壓信號產生示意圖

    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用來提供粗調電壓v1。d/a2輸出的電壓v2經過衰減200倍后得到精調電壓v2’’，中間所加的精密數字電位器起調節v2’’分辨率的作用，最后精調電壓與粗調電壓相加，便得到標準電壓vstand。

    精密數字電位器采用的是8位256檔的ad8400，設k為ad8400的調節比例(0≤k≤1)，可以得到：v2‘＝v2×k

    于是v1分辨率=＝=0.61035(mv)≈0.61 (mv)，

    v2‘‘分辨率=

    ≈0.003k(mv)

    則v1= v1分辨率 ×n， v2‘‘= v2‘‘分辨率×m (n ，m為0~4096的整數)

    最終的輸出電壓v為v1、v2‘’之和放大5倍，于是有：

    v=5vstand=(v1+ v2‘’)×5=(v1分辨率×n+ v2‘‘分辨率×m)×5

    由于v1是粗調電壓，解決的是v的動態范圍問題，而v的最小分辨率是由細調電壓v2‘’決定的，所以：

    v的分辨率＝v分辨率＝5×v2‘‘分辨率＝0.003k×5=0.015k(mv)

    由以上分析可知：使用這種方式得到的v的輸出動態范圍可以達到0~12.5v，而分辨率約為0.015k mv，若k＝1(即不采用ad8400)，0.015mv與0.1mv不構成整數倍關系，單純的由程序控制不能達到0.1mv的分辨率要求。這就是為什么要采用精密數字電位器的原因。

    圖2 基本電壓vstand生成電路圖

    當k=時，可以得到電壓v的分辨率＝0.015k =0.01mv 。

    這樣就從理論上得到了最后輸出的電壓源的分辨率可以達到0.01mv，不僅可以滿足系統的0.1mv分辨率要求，還留有充足的余量，使得v的輸出可以通過對精密數字電位器以及d/a2的軟件修正來進行校準，從而避免由于元器件溫度漂移、d/a轉換非線性誤差等對輸出造成的影響。

    產生vstand的電路如圖2所示，vstand在圖中是網絡標號stand_vol所代表的信號。

    高精度電壓v的產生