AN-1207: 利用数字电位计AD5292、运算放大器OP184和MOSFET构建具有提升输出电流的可编程高压源
电路功能与优势
图 1所示电路采用数字电位计 AD5292和运算放大器OP184，提供一种具有提升输出电流的低成本、可编程高压源。BSS138 PMOS晶体管和Si2307CDS NMOS晶体管可提供最高达2.5 A的电流驱动能力。
图1. 具有提升电流输出的可编程电压源(原理示意图：未显示去耦和所有连接)
该电路提供1024种不同电压设置，可通过SPI兼容型数字接口控制。同时提供10位分辨率，输出电压范围为0 V至30 V，能够提供最大2.5 A的输出电流。
AD5292的±1%电阻容差配合图2所示的外部电阻，可在缩小的输出电压范围内提供10位分辨率，使电路精度得以提高。实际上，由此构成了一个游标DAC，可在缩小范围内提供更高分辨率。
图2. 在缩小输出范围内具有更高精度的可编程电压源(原理示意图：未显示去耦和所有连接)
此外，AD5292内置一个20次可编程存储器，可以在上电时自定义输出电压 VOUT。该电路能够提供精确、低噪声、低 漂移输出电压和高电流，非常适合电源应用。
电路描述
| 产品 | 描述 |
| AD5292 | 10位、1%电阻容差数字电位计 |
| OP184 | 精密仪表放大器 |
本电路采用数字电位计AD5292、OP184、Diodes, Inc.的BSS138 N-MOSFET以及Vishay Siliconix的Si2307CDS P-MOSFET，提供一种具有提升电流输出的低成本、10位分辨率、可编程高压源。本电路可保证单调性，差分非线性(DNL)为±1 LSB，积分非线性典型值为±2 LSB。
OP184为单通道运算放大器，具有高压摆率、低噪声以及轨到轨输入和输出特性。在该电路中，它配置为跟随器模式。它通过驱动BSS138 NMOS晶体管，保证输出电压 VOUT等于数字电位计中设置的电压。该MOSFET驱动Si2307CDS PMOS晶体管，可向负载提供电流 IOUT。
电阻 R1确保PMOS晶体管始终导通，从而消除闩锁或启动问题。然而，此电阻会限制电路的最大建立时间。所选值是电阻功耗与 VOUT 最大建立时间二者折衷的结果。
公式1计算网络的时间常数。
τ = R1 × CIN
其中 CIN为PMOS栅极的输入电容(Si2307CDS约为380 pF)。网 络的时间常数为3.8 µs。此网络的单极点带宽约为42 kHz。减小 R1可以提高带宽，但功耗也会增加。
图3和图4分别显示使用图1所示配置时的典型积分非线性(INL)和差分非线性(DNL)曲线。在该配置中，AD5292采用比率式工作方式，这意味着总电阻容差的变化不会影响性能。
图3. INL与十进制码的关系
图4. DNL与十进制码的关系
为改善电路精度，可以用一个外部电阻降低AD5292上的基准电压，如图5所示，由此便可在有限的电压范围内提供全部10位分辨率。大多数数字电位计具有±20%端到端电阻容差。由于数字电位计与外部电阻不匹配，因此会影响电路精度。AD5292的±1%电阻容差有助于克服失配电阻误差问题。
图5. 在缩小输出范围内精度更高(原理示意图：未显示去耦和所有连接)
图6显示了图1(正常模式，1 LSB = 29 mV)和图2(缩小输出模式，1 LSB = 4.9 mV)所示电路的输出电压与数字码之间的关系。
图6. 图1和图2所示电路的输出电压与十进制码的关系
AD5292具有一个20次可编程存储器，用户可以在上电时将输出电压预设为特定值。
为了使本文所讨论的电路达到理想的性能，必须采用出色 的布局、接地和去耦技术(请参考 指南MT-031和指南MT-101))。至少应采用四层PCB：一层为接地层，一层为 电源层，另两层为信号层。
常见变化
AD5291(8位、内置20次可编程上电存储器)和 AD5293(10位、无上电存储器)均为±1%容差数字电位计，同样适合本应用。
参考电路
MT-032 Tutorial, Ideal Voltage Feedback (VFB) Op Amp, Analog Devices.
MT-061 Tutorial, Instrumentation Amplifier Basics, Analog Devices.
MT-087 Tutorial, Voltage References, Analog Devices.
MT-091 Tutorial, Digital Potentiometers, Analog Devices.
MT-095 Tutorial, EMI, RFI, and Shielding Concepts, Analog Devices.