AD5542高精度數控恆流源電路

本文給出了一種基於AD5542設計的高精度數控恆流源電路，並已成功應用於陀螺和加速度計等測試中。

硬體電路設計
1 D/A轉換電路
數字隔離電路採用專門的磁隔晶元，在此不作介紹。AD5542是ADI公司的一款單通道、16位、串列輸入、電壓輸出數模轉換器，採用5V單電源供電。採用多功能三線式介面，並且與SPI、QSPI、MICROWIRE、DSP介面標準兼容。可提供16位性能，無須進行任何調整。DAC輸出不經過緩衝，可降低功耗，並減少輸出緩衝所造成的失調誤差。AD5542的主要性能指標如表1所示。

從表1中可以看出，AD5542的各項性能參數都是很優越的。設計的高精度數控恆流源的D/A轉換電路如圖2所示。

圖2 高精度數控恆流源的D/A轉換電路

ADR433作為D/A晶元AD5542的外部基準源，其初始精度、雜訊和溫度係數直接決定了D/A輸出的精度。ADR433B主要性能指標如表2所示。

由表2可知，ADR433B的初始精度為0.05%，雜訊為3.75μVP-P,溫度係數為1×10-6/℃，在基準源晶元中其性能也是一流的。

AD5542晶元內部輸出沒有驅動運放，需要外加一個低雜訊、低失調電壓、低失調電流和低溫度係數的運放，本電路選用的是ADI公司的OP97E運放。其主要性能指標如表3所示。

2 V/I轉換電路
AD5542經OP97運放輸出的是量程為±3V的電壓，要想變為電流，需再加一級V/I變換電路，本電路所用的V/I轉換電路如圖3所示。

圖3 V/I轉換電路

此電路通過外接負載形成同相比例放大電路，由深度負反饋電路可知，U7的V+約等於V-，則電流I=V-/R9，只要控制V+，就可以得到相應可控的高精度雙極性電流，後端接的互補推挽三極體用來輸出經擴流后的雙極性電流。

印製板設計
AD5542的電源應使用10μF和0.1μF電容進行旁路。這些電容應儘可能靠近該器件，10μF電容為鉭電解電容，0.1μF電容為陶瓷電容。針對內部邏輯開關引起的瞬態電流所導致的高頻，該0.1μF電容可提供低阻抗接地路徑。電源走線應儘可能寬，以提供低阻抗路徑，並減小電源線路上的突波效應。時鐘和其他快速開關數字信號應遠離模擬信號。基準晶元ADR433應盡量接近AD5542，增粗其輸出與AD5542的REF引腳之間的連線，並在此連線上增加旁路電容，以減小ADR433的輸出雜訊對D/A輸出精度的影響。

測試結果
本電路輸出電流是雙極性的，通過設置固定的幾個碼值，用Agilent34401高精度6位半萬用表，上電后經過4小時測試，其解析度和精度均能達到16位，穩定性也非常好。測試數據如表4所示。

結束語
基於AD5542晶元設計的高精度數控恆流源，可提供解析度和精度均為16位的差分輸出電流，減小了不同系統由於參考地之間的差異造成的誤差，適用於測控系統的高精度測量領域。