16位线性超稳定、低噪声、双极性±10V直流电压源电路图
电路功能与优势
图1所示电路是一个16位、超稳定、低噪声、精密、双极性、±10 v电压源，仅需搭配最少数量的精密外部元件。
ad5760电压输出dac（b级）的积分非线性（inl）最大值为 ±0.5 lsb，差分非线性（dnl）最大值为±0.5 lsb。
完整系统具有低于0.1 lsb的峰峰值噪声和漂移，以100秒时间间隔进行测量。该电路适用于医疗仪器、测试和测量，以及需要精密低漂移电压源的工业控制应用中。
图1. 16位精密±10 v电压源（原理示意图：未显示所有连接和去耦）
电路描述
图1所示电路基于真16位、无缓冲电压输出dacad5760采用最高33 v双极性电源供电。ad5760的正基准电压输入范围为5 v至v dd − 2.5 v，负基准电压输入范围为vss + 2.5 v 至0 v，相对精度最大值为±0.5 lsb，保证工作单调性，差分非线性（dnl）最大值为±0.5 lsb。ad5760输出噪声为8 nv/√hz，还具有极高的长期线性误差稳定性（0.00625 lsb）。
图1显示ad5760配置为带有放大器输入偏置电流补偿的单位增益模式，可产生对称的双极性输出电压范围。此工作模式采用外部输出运算放大器和片内电阻（参见ad5760数据手册）来提供输入偏置电流补偿。这些内部电阻相互之间以及与dac梯形电阻之间均热匹配，因而可实现比率热跟踪。
精密运算放大器ad8675 具有低失调电压（最大值75 μv）和低噪声（典型值2.8 nv/√hz，0.1 μv p-p，0.1 hz至10 hz）特性，是ad5760的最佳输出缓冲器。ad5760具有两个内部匹配的6.8 kω前馈和反馈电阻，它们既可以连接到运算放大器 ad8675以提供10 v失调电压，从而实现±10 v输出摆幅，也可以并行连接以提供偏置电流消除功能。本例显示±10 v双极性输出，电阻用于偏置电流消除功能。内部电阻连接通过设置ad5760控制寄存器中的相关位来控制（参见ad5760 数据手册）。
adr4550是高精度基准电压源，提供出色的温度稳定性（最大值2 ppm/°c，b级）和超低输出电压噪声（2.8 μv p-p，0.1 hz 至10 hz）。这些特性使其成为ad5760的理想基准电压源。
为了获得±10 v输出电压范围，使用ad8675和ad8676 （双通道ad8675）将adr4550的+5 v基准电压放大至±10 v（如图1 所示）。
输出缓冲器同样采用ad8675，它具有低噪声和低漂移特性。此放大器与ad8676（ad8675的双通道版本）共同将低噪声adr4550的+5 v基准电压分别放大至+10 v和-10 v。此增益电路中的r1、r2、r3和r4为精密金属薄片电阻，其容差和温度系数电阻分别为0.01%和0.6 ppm/°c。r6和c4构成低通滤波器，截止频率大约为10 hz。该滤波器用于衰减基准电压源噪声。
如有需要，可使用单个双通道放大器ad8676代替电路中的两个运算放大器ad8675。然而，eval-ad5760sdz板设计用于提供输出级灵活性，因此本例中选择两个运算放大器 ad8675。
该电路的数字输入采用串行输入，并与标准spi、qspi、 microwire®和dsp接口标准兼容。
线性度测量
利用agilent 3458a万用表，在eval-ad5760评估板上演示图 1所示电路的精密性能。图2显示积分非线性与dac代码具有函数关系，且位于± 0.5 lsb的规格范围内。
图3显示差分非线性与dac代码具有函数关系，且位于±0.5 lsb的规格范围内。
图2. 积分非线性与dac码的关系
图3. 微分非线性与dac码的关系
噪声漂移测量
要实现高精度，电路输出端的峰峰值噪声必须维持在1 lsb 以下，对于16位分辨率和+10 v单极性电压范围为152 μv，而对于20 v峰峰值电压范围则为305 μv。
实际应用中不会在0.1 hz处有高通截止频率来衰减1/f噪声，但会在其通带中包含低至直流的频率；因此，测得的峰峰值噪声对于+10 v单极性电压范围如图4所示，而对于±10 v 双极性电压范围则如图5所示。两种情况下，电路输出端的噪声是在100秒内测得的，测量充分涵盖低至0.01 hz的频率。
图4显示10 v输出范围内的信号链噪声性能（1 lsb = 152 μv）。将ad5760的vrefn输入接地即可得到10 v范围。
图4. 使用adr4550基准电压源和10 v峰峰值单极性输出电压范围，100秒内测得的dac输出电压噪声：满量程（蓝色）、中间电平（绿色）和零电平（红色）
图4中10 v范围的峰峰值输出噪声总结如下：
零电平 = 0.96 μv p-p = 0.006 lsb p-p
中间电平 = 7.46 μv p-p = 0.05 lsb p-p
满量程 = 12.88 μv p-p = 0.08 lsb p-p
零电平输出电压的噪声最低，此时噪声仅来自dac内核，这仅仅是由于vrefn输入接地。选择零电平码时，dac会衰减各基准电压路径的噪声贡献。
频率较低时，温度漂移和热电偶效应会变成误差源。通过选择热系数较小的器件可以将上述效应降至最小。在此电路中，低频1/f噪声的主要来源是基准电压源。另外，基准电压源的温度系数值也是电路中最大的，为2 ppm/°c。
图5显示20 v输出范围内的信号链噪声性能（1 lsb = 305 μv）。
图5. 使用adr4550基准电压源和20 v峰峰值双极性输出电压范围，
100秒内测得的dac输出电压噪声：满量程（蓝色）、中间电平（绿色）和零电平（红色）
图5中20 v范围的峰峰值噪声总结如下：
零电平 = 18 μv p-p = 0.06 lsb p-p
中间电平 = 2.47 μv p-p = 0.008 lsb p-p
满量程 = 9.22 μv p-p = 0.03 lsb p-p
中间电平时具有最低的噪声，因为dac内核在该电平位置具有针对基准电压源的最大衰减。
零电平时的噪声大于满量程时的噪声，因为负基准电压通过额外的缓冲器级。
欲查看完整原理图和印刷电路板的布局，请参见cn-0318 设计支持包：www.analog.com/cn0318-designsupport.
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图1所示电路是一个16位、超稳定、低噪声、精密、双极性、±10 v电压源，仅需搭配最少数量的精密外部元件。
ad5760电压输出dac（b级）的积分非线性（inl）最大值为 ±0.5 lsb，差分非线性（dnl）最大值为±0.5 lsb。
完整系统具有低于0.1 lsb的峰峰值噪声和漂移，以100秒时间间隔进行测量。该电路适用于医疗仪器、测试和测量，以及需要精密低漂移电压源的工业控制应用中。
图1. 16位精密±10 v电压源（原理示意图：未显示所有连接和去耦）
电路描述
图1所示电路基于真16位、无缓冲电压输出dacad5760采用最高33 v双极性电源供电。ad5760的正基准电压输入范围为5 v至v dd − 2.5 v，负基准电压输入范围为vss + 2.5 v 至0 v，相对精度最大值为±0.5 lsb，保证工作单调性，差分非线性（dnl）最大值为±0.5 lsb。ad5760输出噪声为8 nv/√hz，还具有极高的长期线性误差稳定性（0.00625 lsb）。
图1显示ad5760配置为带有放大器输入偏置电流补偿的单位增益模式，可产生对称的双极性输出电压范围。此工作模式采用外部输出运算放大器和片内电阻（参见ad5760数据手册）来提供输入偏置电流补偿。这些内部电阻相互之间以及与dac梯形电阻之间均热匹配，因而可实现比率热跟踪。
精密运算放大器ad8675 具有低失调电压（最大值75 μv）和低噪声（典型值2.8 nv/√hz，0.1 μv p-p，0.1 hz至10 hz）特性，是ad5760的最佳输出缓冲器。ad5760具有两个内部匹配的6.8 kω前馈和反馈电阻，它们既可以连接到运算放大器 ad8675以提供10 v失调电压，从而实现±10 v输出摆幅，也可以并行连接以提供偏置电流消除功能。本例显示±10 v双极性输出，电阻用于偏置电流消除功能。内部电阻连接通过设置ad5760控制寄存器中的相关位来控制（参见ad5760 数据手册）。
adr4550是高精度基准电压源，提供出色的温度稳定性（最大值2 ppm/°c，b级）和超低输出电压噪声（2.8 μv p-p，0.1 hz 至10 hz）。这些特性使其成为ad5760的理想基准电压源。
为了获得±10 v输出电压范围，使用ad8675和ad8676 （双通道ad8675）将adr4550的+5 v基准电压放大至±10 v（如图1 所示）。
输出缓冲器同样采用ad8675，它具有低噪声和低漂移特性。此放大器与ad8676（ad8675的双通道版本）共同将低噪声adr4550的+5 v基准电压分别放大至+10 v和-10 v。此增益电路中的r1、r2、r3和r4为精密金属薄片电阻，其容差和温度系数电阻分别为0.01%和0.6 ppm/°c。r6和c4构成低通滤波器，截止频率大约为10 hz。该滤波器用于衰减基准电压源噪声。
如有需要，可使用单个双通道放大器ad8676代替电路中的两个运算放大器ad8675。然而，eval-ad5760sdz板设计用于提供输出级灵活性，因此本例中选择两个运算放大器 ad8675。
该电路的数字输入采用串行输入，并与标准spi、qspi、 microwire®和dsp接口标准兼容。
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零电平 = 0.96 μv p-p = 0.006 lsb p-p
中间电平 = 7.46 μv p-p = 0.05 lsb p-p
满量程 = 12.88 μv p-p = 0.08 lsb p-p
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零电平 = 18 μv p-p = 0.06 lsb p-p
中间电平 = 2.47 μv p-p = 0.008 lsb p-p
满量程 = 9.22 μv p-p = 0.03 lsb p-p
中间电平时具有最低的噪声，因为dac内核在该电平位置具有针对基准电压源的最大衰减。
零电平时的噪声大于满量程时的噪声，因为负基准电压通过额外的缓冲器级。
欲查看完整原理图和印刷电路板的布局，请参见cn-0318 设计支持包：www.analog.com/cn0318-designsupport.
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