高精度直流电压/电流源的设计基于双12位DAC

简介：
本文介绍了一种采用双12位数模转换器设计的高精度直流电压和电流发生器，适用于多种电子测量场景。 在现代电子测量与仪表校准领域，高精度直流电压电流源是不可或缺的设备之一。本段落介绍了一种创新设计方法，通过采用双通道12位数字模拟转换器（DAC）构建既具备高精度又拥有宽动态范围的电压和电流源，并且有效降低了成本。 文章指出，在进行仪器校准时通常需要同时满足高精度与大动态范围的要求。该方案利用两个独立的12位DAC，一个负责提供精确度，另一个确保广域覆盖能力，从而巧妙地解决了这一矛盾需求。其中选用LTC1590作为双通道DAC，每个通道都具备12位分辨率的能力以保证输出信号的高度精度。 在系统实现过程中，设计者创建了一个分辨率为0.02mV且范围为0至2.5V的标准电压信号（记作Vstand）。通过放大电路将此基础电压提升五倍后形成一个从0到12.5伏特的直流电源，并使分辨率达到了0.1mV。电流源的设计则基于该标准电压，通过对场效应管栅极电压进行控制来调节漏极电流输出，从而实现精确度在0至20mA范围内的精细调整。 关于生成Vstand的过程，在文中详细描述了如何利用DA1和DA2两个DAC协同工作以达到目标。其中，DA1负责产生粗调电压（标记为V1），而通过衰减处理来自另一个通道的输出后形成细调电压（记作V2）。此外，借助精密数字电位器AD8400进一步调整分辨率水平。经过合理设置比例系数K之后能够实现所需的高精度电压输出。最终，生成的标准电压信号是粗调与精调之和放大五倍的结果，从而确保了动态范围及分辨度的最优化。 硬件实施阶段中采用了高性能运算放大器OPA2277来保障整个系统的准确性和稳定性，并通过单片机程序对AD8400以及LTC1590进行控制以输出设定值对应的电压。电流源部分则依靠电压反馈机制，利用场效应管的漏极电压变化来进行精确的电流调控。 本段落提出的设计方法成功地将高精度与宽动态范围进行了有效结合，并且具有良好的成本效益优势。通过理论分析及硬件测试验证了设计方案的有效性和可行性，为仪表校准及其他需要精密电源的应用领域提供了广阔的发展前景。