超高精度可編程電壓源如何采用ADI/LTC產(chǎn)品組合實(shí)現(xiàn)

今天，我們將展示是組合參考電路系列——采用ADI/LTC產(chǎn)品組合的超高精度可編程電壓源——利用AD5971、LTZ1000、ADA4077和AD8675/6一起可用來(lái)實(shí)現(xiàn)1PPM分辨率、1PPM INL、長(zhǎng)期漂移優(yōu)于1PPM FSR的可編程電壓源。

這一強(qiáng)大的組合有助于滿足放射科醫(yī)生的需要，為其提供出色的圖像清晰度、分辨率和對(duì)比度，使他們能看清更小的解剖結(jié)構(gòu)。

不妨想想將其應(yīng)用于MRI（磁共振成像）時(shí)意味著什么？增強(qiáng)的器官和軟組織成像將能幫助醫(yī)療專(zhuān)業(yè)人員更準(zhǔn)確地檢測(cè)心臟問(wèn)題、腫瘤、囊腫和身體各部位中的異常，而這只是該可編程電壓源的眾多應(yīng)用中的一種。

我們先來(lái)看看，需要1ppm精度的應(yīng)用都包括哪些？

* 科學(xué)、醫(yī)療和航空航天儀器
* 醫(yī)療成像系統(tǒng)
* 激光定位器
* 振動(dòng)系統(tǒng)
* 測(cè)試與測(cè)量
* 自動(dòng)測(cè)試設(shè)備
* 質(zhì)譜測(cè)定
* 信號(hào)源測(cè)量單元(SMU)
* 數(shù)據(jù)采集/分析儀
* 工業(yè)自動(dòng)化
* 半導(dǎo)體制造
* 過(guò)程自動(dòng)化
* 電源控制
* 高級(jí)機(jī)器人

針對(duì)測(cè)試和測(cè)量系統(tǒng)，1ppm分辨率和精度可改善測(cè)試設(shè)備的整體精度和粒度，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部信號(hào)源和納米執(zhí)行器更精密的控制和激勵(lì)。在工業(yè)自動(dòng)化中，1ppm分辨率和精度提供在納米尺度上移動(dòng)、改變或定位執(zhí)行器所需的精度。

AD5791

AD5791是一款20位無(wú)緩沖電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有1 ppm相對(duì)精度(1 LSB INL)和1 LSB DNL（保證單調(diào)性）。它提供令人驚嘆的0.05 ppm/°C溫度漂移、0.1 ppm p-p噪聲和優(yōu)于1 ppm的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。AD5791包含一個(gè)精密R-2R結(jié)構(gòu)，后者采用了最先進(jìn)的薄膜電阻匹配技術(shù)。它采用最高達(dá)33V的雙極性電源供電，可利用5V到VDD-2.5V的正基準(zhǔn)電壓和VSS + 2.5 V至0 V的負(fù)基準(zhǔn)電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。AD5791使用多功能3線串行接口，其以最高達(dá)35 MHz的時(shí)鐘速率工作，兼容標(biāo)準(zhǔn)SPI、QSPI?、MICROWIRE?和DSP接口標(biāo)準(zhǔn)。AD5791采用20引腳TSSOP封裝。

LTZ1000

LTZ1000是一款超級(jí)穩(wěn)定的溫度可控基準(zhǔn)電壓源。它提供7V輸出，具有令人驚嘆的1.2?VP-P噪聲、2?V/√kHr長(zhǎng)期穩(wěn)定性和0.05ppm/°C溫漂。該器件內(nèi)置一個(gè)嵌入式齊納基準(zhǔn)源、一個(gè)用于穩(wěn)定溫度的加熱電阻和一個(gè)溫度檢測(cè)晶體管。利用外部元件來(lái)設(shè)置工作電流并使基準(zhǔn)源溫度保持穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)最大的靈活性和最佳的長(zhǎng)期穩(wěn)定性及噪聲。

ADA4077

ADA4077是一款高精度低噪聲運(yùn)算放大器，具有超低的失調(diào)電壓和極低的輸入偏置電流。與JFET放大器不同，其低偏置和失調(diào)電流對(duì)環(huán)境溫度相對(duì)不敏感，即使環(huán)境溫度達(dá)到125℃，該特性仍然保持穩(wěn)定。使用1000 pF以上容性負(fù)載時(shí)輸出穩(wěn)定，無(wú)需外部補(bǔ)償。

AD8675/AD8676

AD8675/AD8676是精密軌到軌運(yùn)算放大器，具有超低失調(diào)、漂移和電壓噪聲，而且輸入偏置電流在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)均非常低。

這套電路考慮的一些因素：

噪聲

低頻噪聲必須保持最低，以免影響電路的直流性能。在0.1-Hz至10-Hz帶寬內(nèi)，AD5791產(chǎn)生大約0.6μVp-p噪聲，各ADA4077產(chǎn)生0.25μVp-p噪聲，AD8675產(chǎn)生0.1μVp-p噪聲，LTZ1000產(chǎn)生1.2?Vp-p噪聲。電阻值的選擇確保了其約翰遜噪聲不會(huì)大幅提高總噪聲水平。

AD5791基準(zhǔn)電壓緩沖器配置

基準(zhǔn)電壓緩沖器用于驅(qū)動(dòng)AD5791的REFP和REFN引腳，必須配置為單位增益。如有任何額外電流通過(guò)增益設(shè)置電阻流入基準(zhǔn)電壓檢測(cè)引腳，DAC精度都會(huì)降低。

AD5791 INL靈敏度

AD5791 INL性能對(duì)用作基準(zhǔn)電壓緩沖器的放大器輸入偏置電流有點(diǎn)敏感，所以選擇了低輸入偏置電流的放大器。

溫度漂移

為使整個(gè)系統(tǒng)保持低溫漂系數(shù)，選擇的各器件必須具有低溫漂。AD5791的溫度系數(shù)為0.05ppm FSR/°C，LTZ1000的溫度系數(shù)為0.05ppm/°C，ADA4077和AD8675的溫度系數(shù)分別為0.005ppm FSR/°C和0.01ppm FSR/°C。

長(zhǎng)期漂移

長(zhǎng)期漂移是另一個(gè)重要參數(shù)，它可能會(huì)使系統(tǒng)精度顯著受限。在125°C時(shí)，AD5791的長(zhǎng)期穩(wěn)定性典型值優(yōu)于0.1ppm/1000小時(shí)。LTZ1000可以實(shí)現(xiàn)大約每月1?V的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

最后我們?cè)倏纯淳瓦@套電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吧~

INL誤差是在室溫下于實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量，AD5791輸入碼從零電平變化到滿量程，碼步長(zhǎng)為5。利用8.5位DVM記錄各碼時(shí)輸出緩沖器(AD8675)的輸出電壓。結(jié)果位于±1LSB規(guī)格以?xún)?nèi)。

噪聲

在中間電平時(shí)測(cè)得的噪聲為1.1?V p-p，在滿量程時(shí)測(cè)得的噪聲為3.7uV p-p。選擇中間電平碼時(shí)，各基準(zhǔn)電壓源路徑的噪聲貢獻(xiàn)被DAC衰減，所以中間電平碼的噪聲系數(shù)較低。

長(zhǎng)期漂移

系統(tǒng)長(zhǎng)期漂移是在25°C下進(jìn)行測(cè)量。AD5791設(shè)置為+5V（3/4量程），輸出電壓在1000小時(shí)內(nèi)每30分鐘測(cè)量一次。觀測(cè)到的漂移值小于1ppm FSR。

結(jié)束語(yǔ)

除了易于使用之外，AD5791還提供1ppm的保證精度。然而，選擇合適的器件和基準(zhǔn)電壓源對(duì)發(fā)揮AD5791的精度性能至關(guān)重要。LTZ1000、ADA4077、AD8676和AD8675的低噪聲、低溫漂、低長(zhǎng)期漂移和高精度特性，提高了系統(tǒng)在寬溫度范圍內(nèi)和長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)的精度、穩(wěn)定性和可重復(fù)性。

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