采用+12V至±5V电源的精密、16位双极性输出电压源 - 全文

电路功能与优势

图1所示电路提供精密、16位、±2.5 V低漂移双极性电压输 出，采用+10 V至+15 V单电源供电。 AD5668 8通道denseDAC 的单极性电压输出由AD8638 自稳零型运算放大器放大并进行电平转换。AD8638的最大漂移贡献仅为0.06 ppm/°C。外 部基准电压源REF192确保最大漂移为5 ppm/°C（E级），并为AD8638电平增益和转换电路提供低阻抗伪地电压。

该电路针对采用单个+12 V供电轨的系统中经常出现的一个 问题提供了高效解决方案。合适的印刷电路板（PCB）布局 和接地技术可确保ADP2300 开关稳压器不会降低电路的整 体性能。

图1. 采用±5V电源的双极性输出DAC电路

电路描述

AD5668是一款通过SPI接口控制的16位、8通道、电压输出denseDAC。它包含一个片内基准电压源，最大漂移为10ppm/°C。上电时，片内基准电压源关闭，因而可以用外部基准电压源。内部基准电压源通过软件写入使能。图1所示的电路中采用了外部REF192，因为需要低输出阻抗来驱动AD8638运算放大器的2.5 V伪地基准电压。

AD5668的输出电压在TP1处为0V至2.5V，此信号驱动AD8638运算放大器的同相输入端。运算放大器的信号增益为1+R2/R1，因此R1=R2时等于2。通过以2.5V基准电压 驱动R1，向运算放大器输出中注入2.5V的负偏移。因此，TP2的双极性输出电压摆幅为−2.5V至+2.5V。

该电路采用单电源供电，标称电压为12V，可在10V至15V之间变动。经过调节的−5 V供电轨由ADP2300开关稳压器进行反相buck-boost配置连接而产生。该电路可使用 www.analog.com/ADIsimPower上提供的ADIsimPower 程序来设计。L1耦合电感用于为采用Zeta配置的电路产生未经调节的5V电源。该电路能够针对较小的输出电流产生高效 率。

图2和图3分别显示了在TP2（双极性输出）处测量的积分非线性（INL）和差分非线性（DNL）。

图2. 双极性输出（TP2）的INL性能

图3. 双极性输出（TP2）的DNL性能

图4和图5分别显示了在TP1（单极性DAC输出）处测量的INL和DNL。

图4. 单极性DAC输出（TP1）的INL性能

图5. 单极性DAC输出（TP1）的DNL性能

常见变化

AD5628和AD5648分别是AD5668的12位和14位版本。它们都有一个内部增益为2的片内基准电压源。AD5628-1/AD5648-1/AD5668-1内置一个1.25V、5 ppm/°C基准电压源，满量程输出范围可达到2.5V；AD5628-2/AD5648-2/AD5668-2和AD5668-3内置一个2.5 V、5 ppm/°C基准电压源，满量程输出范围可达到5V。上电时，片内基准电压源关闭，因而可以使用外部基准电压源。内部基准电压源通过软件写入使能。上述器件内置一个上电复位电路，确保DAC上电后输出0 V（AD5628-1/AD5648-1/AD5668-1、AD5628-2/AD5648-2/AD5668-2）或中间电平（AD5668-3）并保持该电平，直到执行一次有效的写操作为止。

AD8639是AD8638的双通道版本，可根据需要使用。图1中的电路使用单个AD8638来最大限度地减小八个通道之间的串扰。

可使用其他2.5V基准电压源，例如ADR4525，它拥有±0.02%的精度和最大2 ppm/°C的温度系数（B级）。

电路评估与测试

设备要求（可以用同等设备代替）

需要以下设备：

系统演示平台 （EVAL-SDP-CB1Z）

CN-0183 电路评估板（EVAL-CN0183-SDZ）

The CN-0183 评估软件

Tektronix TDS2024，4通道示波器

HP E3630A 0V至6V/2.55A、± 20 V/0.5 A三路输出直流电源

PC（Windows 32位或64位）

开始使用

将CN-0183评估软件光盘放进PC的光盘驱动器，加载评估软件。打开“我的电脑”，找到包含评估软件光盘的驱动器，打开Readme文件。按照Readme文件中的说明安装和使用评估软件。图6显示了评估软件主窗口。

图6. 评估软件主窗口

测试设置功能框图

图7为测试设置的功能框图。此设置允许通过示波器观察 DAC输出（TP1）和双极性输出（TP2）。

线性度测量要求使用可由PC通过USB端口读取的精密数字 电压表（DVM）。

图7. 测试设置功能框图

设置

将EVAL-CN0183-SDZ上的120引脚连接器连接到EVALSDP-CB1Z上的CON A或CON B连接器。使用尼龙五金配件，通过120引脚连接器两端的孔牢牢固定这两片板。将直流输出电源成功设置为+5 V、-5 V和+12 V输出后，关闭电源。

在断电情况下，将−5 V电源连接到J5-3上的−5V引脚，将+5V电源连接到J5-1上的AVDD引脚，将GND连接到J5-2和J4-2上的AGND引脚，将+12V电源连接到J4-1上的+12V引脚。或者，将链路2和链路3放在位置B，以便使用ADP2300为电路提供+5V至−5 V的电压。注意，这种情况下不需要AVDD和−5V。

接通电源，然后将SDP板附带的USB电缆连接到PC上的USB端口。接通EVAL-CN0183-SDZ的直流电源之前，请勿将该USB电缆连接到SDP板上的微型USB连接器。

设置测试设备后，将示波器探头连接到TP1和TP2测试点。TP3、TP4和TP5测试点分别连接到基准电压、经过调节的+5 V和经过调节的−5 V。检查这些测试点电压是否正确（使用TP6接地）。

利用CD中提供的软件，用户能够通过向DAC中加载一个代码和选择基准电压源来设置VOUTA值。如果用户保留默认设置，将需要提供+5 V和−5 V电压，不需要+12 V。默认 设置使用外部REF192基准电压源，从而提供2.5 V （TP1）的满量程DAC输出，双极性输出（TP2）中则为−2.5 V至+2.5 V。加载0x0000可将DAC输出和双极性输出分别设置为0 V和−2.5 V。加载0x8000可将DAC输出和双极性输出分别设置为1.25 V和0 V。加载0xFFFF可将DAC输出和双极性输出均设置为2.5V。