中文参考电路
EN
设计与集成文件
评估硬件 $116.52
1 查看全部
器件驱动器

概览

设计资源

设计与集成文件

  • Schematic
  • Bill of Materials
  • Gerber Files
  • PADS Files
  • Assembly Drawing
下载设计文件 879 kB

评估硬件

产品型号带"Z"表示符合RoHS标准。评估此电路需要下列选中的电路板

  • EVAL-SDP-CB1Z ($116.52) Eval Control Board
查询库存和在线购买

器件驱动器

软件（如C代码和/或FPGA代码等）用于与元件的数字接口通信。

AD576x, AD578x, AD579x GitHub no-OS Driver Source Code

AD5791参考代码

AD5760, AD578x, AD579x IIO DAC GitHub Linux Driver Source Code

优势和特点

  • +/-10 V工业电平信号输出
  • 高精度20位精度
  • INL和DNL为+/-1 LSB

产品类别

领域和技术

所用产品

参考资料

  • 查看全部 (7)
  • 技术书 (1)
  • 教程 (5)
  • 参考电路 (1)
    • Document Type

    电路功能与优势

    图1所示电路提供20位可编程电压，其输出范围为−10 V至+10 V ，同时积分非线性为±1 LSB、微分非线性为±1LSB，并且具有低噪声特性。

    该电路的数字输入采用串行输入，并与标准SPI、QSPI™、MICROWIRE®和DSP接口标准兼容。对于高精度应用，通过结合使用AD5791、AD8675和AD8676等精密器件，该电路可以提供高精度和低噪声性能。

    基准电压缓冲对于设计至关重要，因为DAC基准输入的输入阻抗与码高度相关，如果DAC基准电压源未经充分缓冲，将导致线性误差。AD8676开环增益高达120 dB，已经过验证和测试，符合本电路应用关于建立时间、失调电压和低阻抗驱动能力的要求。而AD5791经过表征和工厂校准，可使用双通道运算放大器AD8676对其基准电压输入进行缓冲，从而进一步增强配套器件的可靠性。

    这一器件组合可以提供业界较领先的20位分辨率、±1 LSB积分非线性(INL)和±1 LSB微分非线性(DNL)，可以确保单调性，并且具有低功耗、小尺寸PCB和高性价比等特性。

    20-Bit Accurate, ±10 V Voltage Source
    图1. 20位精密、±10 V电压源（原理示意图：未显示去耦和所有连接）

    电路描述

    图1所示数模转换器(DAC)为AD5791，这是一种具有SPI接口的20位高压转换器，提供±1 LSB INL、±1 LSB DNL性能和7.5 nV/√Hz噪声频谱密度。另外，，AD5791还具有极低的温漂 (0.05 ppm/°C)特性。AD5791采用的精密架构要求强制检测缓冲其基准电压输入，从而确保达到规定的线性度。选择用于缓冲基准输入的放大器（B1和B2）应具有低噪声、低温漂和低输入偏置电流特性。针对此功能推荐用AD8676放大器，这是一种超精密、36 V、2.8 nV/√Hz双通道运算放大器，具有0.6 μV/°C低失调漂移和2 nA输入偏置电流。此外，AD5791经过表征和工厂校准，可使用该双通道运算放大器来缓冲其电压基准输入，从而进一步增强配套器件的可靠性。

    图1显示AD5791配置有独立的正和负基准电压，因此输出电压范围是从负基准电压到正基准电压，本例中为−10 V到+10 V。输出缓冲器为AD8675，它是AD8676的单通道版本，具有低噪声和低漂移特性。同时使用放大器AD8676（A1和A2），将+5 V基准电压放大为+10 V和−10 V。这些放大电路中的R2、R3、R4和R5是精密金属薄膜电阻，容差为0.01%，温度系数为0.6 ppm/°C。为实现整个温度范围内的优质性能，可以使用Vishay 300144或VSR144系列等电阻网络。所选电阻值较低（1 kΩ和2 kΩ），以便将系统噪声保持在较低水平。R1和C1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。


    线性度测量

    下列数据进一步证明了图1所示电路的精密性能。图2和图3显示积分非线性和微分非线性与DAC码的函数关系。从图中可以明显看出，这两种特性分别位于±1 LSB和±1 LSB的规格范围内。

    该电路的总非调整误差由各种直流误差共同组成，即INL误差、零电平误差和满量程误差。图4所示为总非调整误差与DAC码的关系图。最大误差出现在DAC码为0（零电平误差）和1,048,575（满量程误差）处。这与预期相符，是由电阻对R2和R3、R4和R5的不匹配以及放大器A1、A2、B1和B2的失调误差（见图1）引起的。

    本例中，电阻对的额定不匹配最大值为0.02%（典型值远低于此）。放大器失调误差为75 μV（最大值）或满量程范围的0.000375%，相对于电阻不匹配所导致的误差可忽略不计。因此，预期的满量程和零电平误差最大值约为0.02%或210 LSB。图4显示实测满量程误差为1 LSB，实测零电平误差为4 LSB或满量程范围的0.0003%，表明所有器件的性能都明显优于其额定最大容差。

    Integral Nonlinearity vs. DAC Code
    图2. 积分非线性与DAC码的关系

     

    Differential Nonlinearity vs DAC Code
    图3. 微分非线性与DAC码的关系

     

    Total Unadjusted Error vs. DAC Code
    图4. 总非调整误差与DAC码的关系

     

    噪声测量

    要实现高精度，电路输出端的峰峰值噪声必须维持在1 LSB以下，对于20位分辨率和20 V峰峰值电压范围则为19.07 μV。图5所示为10秒内在0.1 Hz至10 Hz带宽内测得的峰峰值噪声。三种条件下的峰峰值分别为1.48 μV（中间电平输出）、4.66 μV（满量程输出）和5.45 μV（零电平输出）。中间电平输出的噪声最低，此时噪声仅来自DAC内核。选择中间电平码时，DAC会衰减各基准电压路径的噪声贡献。

    Voltage Noise in 0.1 Hz to 10 Hz Bandwidth
    图5. 电压噪声（0.1 Hz至10 Hz带宽）

     

    不过，实际应用中不会在0.1 Hz处有高通截止频率来衰减1/f噪声，但会在其通带中包含低至DC的频率；因此，测得的峰峰值噪声更为实际，如图6所示。本例中，电路输出端的噪声是100秒内测得的，测量充分涵盖低至0.01Hz的频率。截止频率上限大约为14 Hz并受限于测量设置。对于图6所示的三种条件，对应峰峰值分别为4.07 μV（中间电平输出）、11.85 μV（满量程输出）和15.37 μV（零电平输出）。最差情况下的峰峰值 (15.37 μV)大致相当于0.8 LSB。

    Voltage Noise Measured Over 100 Second Period
    图6. 100秒内测得的电压噪声

     

    随着测量时间变长，将包括较低频率，而峰峰值将变大。频率较低时，温度漂移和热电偶效应会变成误差源。通过选择AD5791、AD8675和AD8676等热系数较低的器件，并仔细考虑电路结构，可以将这些效应降至最低，请参阅“了解更多信息”部分中的链接文档。

    常见变化

    AD5791支持各种不同的输出范围，从0 V至+5 V、最高±10 V以及该范围内的任意值。根据需要，图1所示的配置可以用来产生对称或非对称范围。基准电压分别加在VREFP和VREFN，输出缓冲器应按照AD5791数据手册所述配置为单位增益，将AD5791内部控制寄存器的RBUF位设置为逻辑1。

    AD5791还提供增益为2的工作模式，可以从一个正基准电压产生对称的双极性输出范围，如AD5791数据手册所述，从而无需产生负基准电压。然而，这种模式会引起较大的满量程和零电平误差。将AD5791内部控制寄存器的RBUF位设为逻辑0，便可选择这种模式。

    软件

    电路评估与测试

    图1所示电路在经过修改的AD5791评估板上构建。有关AD5791评估板和测试方法的详细信息，参见评估板用户指南 UG-185。

    讨论

    中文技术论坛