来源：电子设计应用 作者：黄雷 李云鹏 黄建国

    摘 要：本文论述了一种通过使用双通道dac实现高精度直流电压源与电流源的方法，不仅兼顾了动态范围和分辨率，还节约了成本。除了理论分析外，给出了硬件设计电路图，并进行了测试，验证了该设计的可行性。

    关键词：高精度；高分辨率；电压源；电流源

    引言

    在仪表校准中，希望直流电压源或电流源的精度与分辨率足够高，因为这是仪表能否校准好的关键所在。然而，单纯使用单个dac的方法不仅成本高，而且各项性能并不能得到保证，因此，本文提出了一种使用一个双通道dac来实现高精度直流电压/电流源的方法，即一个通道实现高精度要求，另一个通道实现动态范围要求。这样不仅节约了成本，精度也达到了要求。

    系统设计实现

    设计的思路是先产生一个分辨率为0.02mv、动态范围为0～2.5v的标准电压信号vstand，然后通过放大电路将该基本电压放大5倍，就可以得到0～12.5v、分辨率为0.1mv的直流电压，从而实现高精度的电压源。而动态范围为0～20ma、分辨率为0.001ma的高精度电流源则是通过将vstand接到场效应管的栅极来控制其漏极电流而得到。因此，该设计中最核心的部分是标准电压信号vstand的产生。

    vstand的产生

    本设计使用的是双12位dac ltc1590。vstand的产生如图1所示。

    图1 基本电压信号产生示意图

    d/a1、d/a2分别代表ltc1590中两个独立的、精度都为12位的dac。参考电压都采用ad780提供的2.5v电压。

    d/a1用来提供粗调电压v1。d/a2输出的电压v2经过衰减200倍后得到精调电压v2’’，中间所加的精密数字电位器起调节v2’’分辨率的作用，最后精调电压与粗调电压相加，便得到标准电压vstand。

    精密数字电位器采用的是8位256档的ad8400，设k为ad8400的调节比例(0≤k≤1)，可以得到：v2‘＝v2×k

    于是v1分辨率=＝=0.61035(mv)≈0.61 (mv)，

    v2‘‘分辨率=

    ≈0.003k(mv)

    则v1= v1分辨率 ×n， v2‘‘= v2‘‘分辨率×m (n ，m为0~4096的整数)

    最终的输出电压v为v1、v2‘’之和放大5倍，于是有：

    v=5vstand=(v1+ v2‘’)×5=(v1分辨率×n+ v2‘‘分辨率×m)×5

    由于v1是粗调电压，解决的是v的动态范围问题，而v的最小分辨率是由细调电压v2‘’决定的，所以：

    v的分辨率＝v分辨率＝5×v2‘‘分辨率＝0.003k×5=0.015k(mv)

    由以上分析可知：使用这种方式得到的v的输出动态范围可以达到0~12.5v，而分辨率约为0.015k mv，若k＝1(即不采用ad8400)，0.015mv与0.1mv不构成整数倍关系，单纯的由程序控制不能达到0.1mv的分辨率要求。这就是为什么要采用精密数字电位器的原因。

    图2 基本电压vstand生成电路图

    当k=时，可以得到电压v的分辨率＝0.015k =0.01mv 。

    这样就从理论上得到了最后输出的电压源的分辨率可以达到0.01mv，不仅可以满足系统的0.1mv分辨率要求，还留有充足的余量，使得v的输出可以通过对精密数字电位器以及d/a2的软件修正来进行校准，从而避免由于元器件温度漂移、d/a转换非线性误差等对输出造成的影响。

    产生vstand的电路如图2所示，vstand在图中是网络标号stand_vol所代表的信号。

    高精度电压v的产生