基于AD5542的高精度数控恒流源设计

随着电子技术向各个领域的渗透，许多场合，尤其是高精度测控系统需要高精度、高稳定性的数控恒流源。数控恒流源主要由D/A来控制电流输出大小，恒流源的分辨率、精度、稳定性主要取决于D/A芯片及其外围电路，因此要达到高精度、高稳定性的恒流源，必须在选器件上慎重考虑。本文给出了一种基于AD5542设计的高精度数控恒流源电路，并已成功应用于陀螺和加速度计等测试中。

基本原理
该高精度数控恒流源的结构原理框图如图1所示，它由总线端、数字隔离电路、D/A转换电路、V/I转换电路组成，D/A采用16位芯片AD5542，V/I转换电路采用了高精度运放OP97和三极管来实现。

图1 高精度数控恒流源的结构原理框图

硬件电路设计
1 D/A转换电路
数字隔离电路采用专门的磁隔芯片，在此不作介绍。AD5542是ADI公司的一款单通道、16位、串行输入、电压输出数模转换器，采用5V单电源供电。采用多功能三线式接口，并且与SPI、QSPI、MICROWIRE、DSP接口标准兼容。可提供16位性能，无须进行任何调整。DAC输出不经过缓冲，可降低功耗，并减少输出缓冲所造成的失调误差。AD5542的主要性能指标如表1所示。

从表1中可以看出，AD5542的各项性能参数都是很优越的。设计的高精度数控恒流源的D/A转换电路如图2所示。

图2 高精度数控恒流源的D/A转换电路

ADR433作为D/A芯片AD5542的外部基准源，其初始精度、噪声和温度系数直接决定了D/A输出的精度。ADR433B主要性能指标如表2所示。

由表2可知，ADR433B的初始精度为0.05%，噪声为3.75μVP-P,温度系数为1×10-6/℃，在基准源芯片中其性能也是一流的。

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AD5542芯片内部输出没有驱动运放，需要外加一个低噪声、低失调电压、低失调电流和低温度系数的运放，本电路选用的是ADI公司的OP97E运放。其主要性能指标如表3所示。

2 V/I转换电路
AD5542经OP97运放输出的是量程为±3V的电压，要想变为电流，需再加一级V/I变换电路，本电路所用的V/I转换电路如图3所示。

图3 V/I转换电路

此电路通过外接负载形成同相比例放大电路，由深度负反馈电路可知，U7的V+约等于V-，则电流I=V-/R9，只要控制V+，就可以得到相应可控的高精度双极性电流，后端接的互补推挽三极管用来输出经扩流后的双极性电流。

印制板设计
AD5542的电源应使用10μF和0.1μF电容进行旁路。这些电容应尽可能靠近该器件，10μF电容为钽电解电容，0.1μF电容为陶瓷电容。针对内部逻辑开关引起的瞬态电流所导致的高频，该0.1μF电容可提供低阻抗接地路径。电源走线应尽可能宽，以提供低阻抗路径，并减小电源线路上的突波效应。时钟和其他快速开关数字信号应远离模拟信号。基准芯片ADR433应尽量接近AD5542，增粗其输出与AD5542的REF引脚之间的连线，并在此连线上增加旁路电容，以减小ADR433的输出噪声对D/A输出精度的影响。

测试结果
本电路输出电流是双极性的，通过设置固定的几个码值，用Agilent34401高精度6位半万用表，上电后经过4小时测试，其分辨率和精度均能达到16位，稳定性也非常好。测试数据如表4所示。

结束语
基于AD5542芯片设计的高精度数控恒流源，可提供分辨率和精度均为16位的差分输出电流，减小了不同系统由于参考地之间的差异造成的误差，适用于测控系统的高精度测量领域。