隨著技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)中，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的精度要求越來(lái)越高。對(duì)于要求具有高精度直流電壓輸出的測(cè)試系統(tǒng)，D/A芯片及其外圍電路的選擇值得精心考慮。文中給出了一種基于AD760設(shè)計(jì)的高精度直流電壓輸出電路，并已成功應(yīng)用于工控測(cè)試系統(tǒng)中。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
圖1所示為設(shè)計(jì)的高精度直流電壓輸出電路的框圖，它由總線端、數(shù)字隔離、D/A轉(zhuǎn)換、電壓驅(qū)動(dòng)電路組成，D/A采用18位芯片AD760,電壓驅(qū)動(dòng)電路由運(yùn)放LF411的跟隨電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖1 系統(tǒng)框圖
2 硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 數(shù)字隔離
為了防止總線端的數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬輸出電壓產(chǎn)生影響，需要將兩邊的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行隔離，本板采用了ADI公司的ADUM1400和ADUM1201高速磁隔進(jìn)行隔離。
2.2 D/A轉(zhuǎn)換
D/A轉(zhuǎn)換采用ADI公司的AD760芯片，如圖2所示是D/A轉(zhuǎn)換電路圖。AD760是一款16/18位可選、可進(jìn)行自校準(zhǔn)的DAC,內(nèi)置片內(nèi)基準(zhǔn)電壓源、雙緩沖鎖存器和輸出放大器。它采用ADI公司BiMOSII工藝制造，可以在同一芯片上實(shí)現(xiàn)高精度雙極性線性電路與低功耗CMOS邏輯功能。只需發(fā)送脈沖使CAL引腳變?yōu)榈碗娖剑銜?huì)啟動(dòng)自校準(zhǔn)功能。CALOK引腳會(huì)顯示何時(shí)順利完成校準(zhǔn)。校準(zhǔn)期間，可以利用輸出多路復(fù)用器（MUXOUT）將輸出發(fā)送至輸出范圍底部。數(shù)據(jù)可以采用標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制、串行數(shù)據(jù)或雙8位字節(jié)格式載入AD760.在串行模式下，可以使用16位或18位數(shù)據(jù)；串行模式輸入格式通過(guò)引腳選擇，可以是MSB優(yōu)先或LSB優(yōu)先。通過(guò)具有雙重功能的三個(gè)數(shù)字輸入引腳（引腳12、13和14）來(lái)實(shí)現(xiàn)。在字節(jié)模式下，用戶同樣可以定義優(yōu)先加載高字節(jié)還是低字節(jié)數(shù)據(jù)。雙緩沖鎖存結(jié)構(gòu)不僅可以消除數(shù)據(jù)偏斜誤差，還能夠在多DAC系統(tǒng)中同時(shí)更新各DAC.當(dāng)CLR選通時(shí)，可以利用異步CLR功能將輸出清零至負(fù)滿量程或中量程，具體取決于引腳17的狀態(tài)。
圖2 D/A轉(zhuǎn)換電路
AD760采用28引腳、600 mil cerdip封裝，AQ級(jí)的額定溫度范圍為-40~+85℃。
由于AD760芯片內(nèi)部基準(zhǔn)源的溫漂為25ppm/℃，對(duì)于溫度變化比較大的系統(tǒng)，此參數(shù)對(duì)輸出電壓精度影響較大，本板采用外部基準(zhǔn)源AD587芯片，其溫漂為5ppm/℃。電路圖如圖3所示。
圖3 D/A外部基準(zhǔn)電路
2.2 電壓驅(qū)動(dòng)
AD760的輸出驅(qū)動(dòng)能力只有5mA,帶載能力有限，因此必須加運(yùn)放跟隨電路減小輸出電阻，如圖4所示。
圖4 電壓驅(qū)動(dòng)電路
3 印制板設(shè)計(jì)
AD760的電源應(yīng)使用10μF和0.1μF電容進(jìn)行旁路。這些電容應(yīng)盡可能靠近該器件，10μF電容為鉭電解電容，0.1μF電容為陶瓷電容。基準(zhǔn)芯片AD587應(yīng)盡量接近AD760,加粗其輸出與AD760的REF引腳之間的連線，并在此連線上增加旁路電容，以減小AD760的輸出噪聲對(duì)D/A輸出精度的影響。
4 測(cè)試結(jié)果
本電路輸出±10V的雙極性電壓，通過(guò)設(shè)置固定的5個(gè)碼值：3FFFF,2FFFF,1FFFF,0FFFF,0,用Agilent34401高精度6位半萬(wàn)用表測(cè)試，上電后經(jīng)過(guò)8個(gè)小時(shí)測(cè)試，其分辨率能達(dá)到17位，精度能達(dá)到16.7位。
5 結(jié)束語(yǔ)
基于AD760高精度直流電壓輸出電路設(shè)計(jì)，可提供分辨率為17位、精度為16.7位的高精度電壓，適用于工控系統(tǒng)要求高精度測(cè)量的領(lǐng)域。<