18位、線性、低噪聲、精密雙極性±10 V直流電壓源

電路功能與優勢

圖1所示電路提供18位可編程電壓，其輸出范圍為-10 V～+10 V，同時積分非線性為±0.5 LSB、微分非線性為±0.5 LSB，并且具有低噪聲特性。

該電路的數字輸入采用串行輸入，并與標準SPI、QSPI、MICROWIRE?和DSP接口標準兼容。對于高精度應用，通過結合使用AD5781、ADR445和AD8676等精密器件，該電路可以提供高精度和低噪聲性能。

基準電壓緩沖對于設計至關重要，因為DAC基準輸入的輸入阻抗與碼高度相關，如果DAC基準電壓源未經充分緩沖，將導致線性誤差。AD8676開環增益高達120 dB，經過驗證和測試，符合本電路應用關于建立時間、失調電壓和低阻抗驅動能力的要求。而AD5781經過表征和工廠校準，可使用雙通道運算放大器AD8676對其電壓基準輸入進行緩沖，從而進一步增強配套器件的可靠性。

這一器件組合可以提供業界領先的18位分辨率、±0.5 LSB積分非線性(INL)和±0.5 LSB微分非線性(DNL)，可以確保單調性，并且具有低功耗、小尺寸PCB和高性價比等特性。

電路描述

圖1所示數模轉換器(DAC)為AD5781，這是一款SPI接口的18位高壓轉換器，提供±0.5 LSB INL、±0.5 LSB DNL和7.5 nV/Hz噪聲頻譜密度。另外，AD5781還具有極低的溫漂(0.05 ppm/℃)特性。AD5781采用的精密架構要求強制檢測緩沖其電壓基準輸入，從而確保達到規定的線性度。選擇用于緩沖基準輸入的放大器(B1和B2)應具有低噪聲、低溫漂和低輸入偏置電流特性。針對此功能推薦用AD8676放大器，這是一款超精密、36 V、2.8 nV/Hz雙通道運算放大器，具有0.6 μV/℃低失調漂移和 2 nA 輸入偏置電流。此外，AD5781經過表征和工廠校準，可使用該雙通道運算放大器來緩沖其電壓基準輸入，從而進一步增強配套器件的可靠性。

在圖1中，AD5781配置為增益為2的模式，這樣便可以用單基準電壓源來產生對稱的雙極性輸出電壓范圍。此工作模式采用外部運算放大器(A2)和片內電阻（參見AD5781數據手冊）來提供大小為2的增益。這些內部電阻相互之間以及與DAC梯形電阻之間均熱匹配，因而可實現比率熱跟蹤。輸出緩沖器同樣采用AD8676，其具有低噪聲和低漂移特性。該放大器(A1)還用于將低噪聲ADR445的+5 V基準電壓放大至+10 V。此增益電路中的R2和R3為精密金屬薄片電阻，其容差和溫度系數電阻分別為0.01%和0.6 ppm/℃。要在整個溫度范圍內達到最佳性能，R1和R2應處于單個封裝內，如 Vishay 300144或 VSR144系列。R2和 R3均選用1 kΩ，以便將系統噪聲保持在較低水平。R1和C1構成低通濾波器，截止頻率大約為10 Hz。該濾波器用于衰減基準電壓源噪聲。

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