我們將展示一款使用ADI/LTC產(chǎn)品的超高精度可編程電壓源。AD5791內(nèi)置LTZ1000、ADA4077和AD8675/AD8676，可用于提供可編程電壓源，在1 ppm INL和優(yōu)于1 ppm FSR的長(zhǎng)期漂移下實(shí)現(xiàn)1 ppm分辨率。這種強(qiáng)大的組合有助于為放射科醫(yī)生提供所需的卓越圖像清晰度、分辨率和對(duì)比度，使他們能夠看到更小的解剖結(jié)構(gòu)。想想當(dāng)應(yīng)用于MRI（磁共振成像）時(shí)這意味著什么。增強(qiáng)的器官和軟組織圖像將使醫(yī)療專業(yè)人員能夠更準(zhǔn)確地檢測(cè)心臟問(wèn)題、腫瘤、囊腫和身體各個(gè)部位的異常。這只是這種可編程電壓源的眾多應(yīng)用之一。

圖1.可編程電壓源。

其他需要 1 ppm 精度的應(yīng)用包括：

科學(xué)、醫(yī)療和航空航天儀器

醫(yī)療成像系統(tǒng)

激光束定位器

振動(dòng)系統(tǒng)

測(cè)試和測(cè)量

吃

質(zhì)譜

源測(cè)量單位 （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

先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)

對(duì)于測(cè)試和測(cè)量系統(tǒng)，1 ppm 的分辨率和精度提高了整體測(cè)試設(shè)備的精度和粒度，從而可以更精細(xì)地控制和激勵(lì)外部源和納米執(zhí)行器。在工業(yè)自動(dòng)化中，1 ppm的分辨率和精度提供了在納米尺度上移動(dòng)、改變或定位致動(dòng)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（1 LSB INL）和1 LSB DNL（保證單調(diào)性）的相對(duì)精度。它具有令人印象深刻的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內(nèi)置精密R-2R架構(gòu)，采用先進(jìn)的薄膜電阻匹配技術(shù)。它采用高達(dá)33 V的雙極性電源供電，可由5 V至VDD –2.5 V范圍內(nèi)的正基準(zhǔn)電壓源和VSS 2.5 V至0 V范圍內(nèi)的負(fù)基準(zhǔn)電壓源驅(qū)動(dòng)。AD5791采用多功能3線串行接口，工作時(shí)鐘速率高達(dá)35 MHz，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。

圖2.AD95791 DAC梯形結(jié)構(gòu)

LTZ1000

LTZ1000 是一款超穩(wěn)定的溫度可控基準(zhǔn)。它提供7.2 V輸出，噪聲為1.2 μV p-p，長(zhǎng)期穩(wěn)定性為2 μV/√kHr，溫度漂移為0.05 ppm/°C。 該器件包含一個(gè)埋入式齊納基準(zhǔn)電壓源、一個(gè)用于溫度穩(wěn)定的加熱器電阻和一個(gè)溫度檢測(cè)晶體管。外部元件用于設(shè)置工作電流和溫度穩(wěn)定基準(zhǔn)電壓源，從而實(shí)現(xiàn)最大的靈活性和最佳的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和噪聲。

圖3.LTZ1000 簡(jiǎn)化原理圖。

ADA4077

ADA4077是一款高精度、低噪聲運(yùn)算放大器，具有極低失調(diào)電壓和極低輸入偏置電流特性。與JFET放大器不同，低偏置和失調(diào)電流對(duì)環(huán)境溫度相對(duì)不敏感，甚至高達(dá)125°C。 輸出在容性負(fù)載超過(guò)1000 pF時(shí)保持穩(wěn)定，無(wú)需外部補(bǔ)償。

AD8675/AD8676

AD8675/AD8676均為精密軌到軌運(yùn)算放大器，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)具有超低失調(diào)、漂移和電壓噪聲以及極低的輸入偏置電流。

一些電路注意事項(xiàng)

噪聲

低頻噪聲必須保持在最低水平，以避免影響電路的直流性能。在0.1 Hz至10 Hz帶寬下，AD5791產(chǎn)生約0.6 μV 峰峰值噪聲，每個(gè)ADA4077產(chǎn)生0.25 μV 峰峰值噪聲，AD8675產(chǎn)生0.1 μV 峰峰值噪聲，LTZ1000產(chǎn)生1.2 μV 峰峰值噪聲。選擇電阻值是為了確保其約翰遜噪聲不會(huì)顯著增加總噪聲水平。

AD5791基準(zhǔn)電壓緩沖器配置

用于驅(qū)動(dòng)AD5791的REFP和REFN引腳的基準(zhǔn)電壓緩沖器必須配置為單位增益。任何流過(guò)增益設(shè)置電阻進(jìn)入基準(zhǔn)檢測(cè)引腳的額外電流都會(huì)降低DAC的精度。

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的輸入偏置電流略微敏感。因此，選擇了具有低輸入偏置電流的放大器。

溫度漂移

為了保持整個(gè)系統(tǒng)的低溫度漂移系數(shù)，所選的各個(gè)組件必須具有低溫度漂移。AD5791的熱電比為0.05 ppm FSR/°C，LTZ1000的TC為0.05 ppm/°C，ADA4077和AD8675的熱壓系數(shù)分別為0.005 ppm 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)，可能導(dǎo)致系統(tǒng)精度受到嚴(yán)重限制。AD5791在125°C下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性通常優(yōu)于0.1 ppm/1000小時(shí)。 LTZ1000 可實(shí)現(xiàn)每月約 1 μV 的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

圖4.典型器件從時(shí)間 = 0 開始的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，無(wú)預(yù)處理或老化。

實(shí)驗(yàn)室結(jié)果

INL誤差是在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度下測(cè)量的，方法是將AD5791的輸入代碼從零電平更改為滿量程，代碼步長(zhǎng)為5。輸出緩沖器（AD8675）輸出端的電壓使用8.5位DVM記錄在每個(gè)代碼上。結(jié)果完全符合±1 LSB規(guī)范。

圖5.環(huán)境溫度下高精度電壓源的INL誤差。

噪聲

在中間量程下測(cè)得的噪聲為1.1 μV p-p，在滿量程下測(cè)得的噪聲為3.7 μV p-p。當(dāng)選擇中間電平代碼時(shí)，DAC會(huì)衰減每個(gè)基準(zhǔn)電壓路徑的噪聲貢獻(xiàn)，因此中間電平代碼的噪聲系數(shù)較低。

圖6.0.1 Hz至10 Hz帶寬內(nèi)的電壓噪聲。

長(zhǎng)期漂移

系統(tǒng)長(zhǎng)期漂移是在25°C下測(cè)量的。 AD5791編程為5 V（3/4電平），在1000小時(shí)內(nèi)每30分鐘測(cè)量一次輸出電壓。觀察到的漂移值小于 1 ppm FSR。

圖7.V外漂移（百萬(wàn)分鐘滿量比）。

結(jié)論

除了易于使用之外，AD5791還提供1 ppm的保證精度。但是，選擇正確的元件和基準(zhǔn)電壓源對(duì)于充分利用AD5791的精密規(guī)格至關(guān)重要。LTZ1000、ADA4077、AD8676 和 AD8675 具有低噪聲、低溫漂移、低長(zhǎng)期漂移和高精度特性，可提高系統(tǒng)在整個(gè)溫度和時(shí)間范圍內(nèi)的精度、穩(wěn)定性和可重復(fù)性。

審核編輯：郭婷