今天我們將介紹一款同時運(yùn)用ADI/Linear產(chǎn)品的超高精度可編程電壓源。AD579同LTZ1000、ADA4077、AD8675/AD8676一起，可用來實(shí)現(xiàn)一種1ppm分辨率、1ppmINL、長期漂移優(yōu)于1ppmFSR的可編程電壓源。這一強(qiáng)大組合有助于向放射科醫(yī)生提供其需要的出色圖像清晰度、分辨率和對比度，使他們能看見更小的解剖結(jié)構(gòu)。想想將其應(yīng)用于MRI（磁共振成像）會有何等重要意義。

運(yùn)用ADI/Linear產(chǎn)品的超高精度可編程電壓源提供更清晰的器官和軟組織圖像，醫(yī)療專業(yè)人員將能更準(zhǔn)確地探知心臟問題、腫瘤、囊腫和身體各部分中的異常。這只是該可編程電壓源的諸多應(yīng)用之一

圖1.可編程電壓源

其他要求1ppm精度的應(yīng)用

科研、醫(yī)療和特種航天儀器儀表

?醫(yī)療成像系統(tǒng)

?激光定位器

?振動系統(tǒng)

測試與測量

?自動測試設(shè)備(ATE)

?質(zhì)譜測定

?信號源測量單元(SMU)

?數(shù)據(jù)采集/分析儀

工業(yè)自動化

?半導(dǎo)體制造

?過程自動化

?電源控制

?高級機(jī)器人

對于測試和測量系統(tǒng)，1ppm分辨率和精度可改善測試設(shè)備的整體精度和粒度，從而更精密地控制和激勵外部信號源及納米執(zhí)行器。在工業(yè)自動化中，1ppm分辨率和精度可提供執(zhí)行器移動、轉(zhuǎn)向或定位所需的納米級精度水平。

AD5791

AD5791是一款20位、無緩沖電壓輸出型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有1ppm相對精度(1LSBINL)和1LSBDNL（保證單調(diào)性）。它提供引入注目的0.05ppm/C溫度漂移、0.1ppmp-p噪聲和優(yōu)于1ppm的長期穩(wěn)定性。AD5791包含一個精密R-2R結(jié)構(gòu)，其利用最先進(jìn)的薄膜電阻匹配技術(shù)。該器件采用最高33V的雙極性電源供電，可由5V至VDD2.5V的正基準(zhǔn)電壓和VSS+2.5V至0V的負(fù)基準(zhǔn)電壓驅(qū)動。AD5791使用多功能3線串行接口，工作時鐘速率最高可達(dá)35MHz，兼容標(biāo)準(zhǔn)SPI、QSPI、MICROWIRE和DSP接口標(biāo)準(zhǔn)。AD5791提供20引腳TSSOP封裝。

圖2.AD95791DAC梯形結(jié)構(gòu)

LTZ1000

LTZ1000是一款超穩(wěn)定的溫度可控基準(zhǔn)電壓源，提供7.2V輸出，具有出色的1.2Vp-p噪聲、2V/radickHr長期穩(wěn)定性和0.05ppm/C溫度漂移。該器件內(nèi)置嵌入式齊納基準(zhǔn)電壓源、用于提高溫度穩(wěn)定性的加熱電阻以及溫度檢測電阻。利用外部元件設(shè)置工作電流并穩(wěn)定基準(zhǔn)電壓源溫度，從而實(shí)現(xiàn)最大靈活性、最佳長期穩(wěn)定性和噪聲性能。

圖3.LTZ1000原理示意圖

ADA4077

ADA4077是一款高精度低噪聲運(yùn)算放大器，具有超低的失調(diào)電壓和極低的輸入偏置電流。與結(jié)型場效應(yīng)管放大器不同，其低偏置和失調(diào)電流對環(huán)境溫度相對不敏感，即使環(huán)境溫度達(dá)到125C，該特性仍然保持穩(wěn)定。使用1000pF以上容性負(fù)載時輸出穩(wěn)定，無需外部補(bǔ)償。

AD8675/AD8676

AD8675/AD8676是精密軌到軌運(yùn)算放大器，具有超低失調(diào)、漂移和電壓噪聲，而且輸入偏置電流在整個工作溫度范圍內(nèi)均非常低。

一些電路考慮事項(xiàng)

噪聲

低頻噪聲必須保持最小，以免影響電路的直流性能。在0.1Hz至10Hz帶寬，AD5791產(chǎn)生大約0.6Vp-p噪聲，每個ADA4077產(chǎn)生0.25Vp-p噪聲，AD8675產(chǎn)生0.1Vp-p噪聲，LTZ1000產(chǎn)生1.2Vp-p噪聲。選擇適當(dāng)?shù)碾娮柚担_保其約翰遜噪聲不會大幅提高總噪聲水平。

AD5791基準(zhǔn)電壓緩沖器配置

用于驅(qū)動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。任何經(jīng)過增益設(shè)置電阻流入基準(zhǔn)電壓檢測引腳的額外電流，都會降低DAC精度。

AD5791INL靈敏度

AD5791INL性能對用作基準(zhǔn)電壓緩沖器的放大器的輸入偏置電流有輕微的敏感性。因此，所選的放大器應(yīng)具有低輸入偏置電流。

溫度漂移

為使整個系統(tǒng)保持較低的溫度漂移系數(shù)，選擇的各元件必須具有低溫漂(TC)。AD5791的TC為0.05ppmFSR/C，LTZ1000的TC為0.05ppm/C，ADA4077和AD8675分別貢獻(xiàn)0.005ppmFSR/C和0.01ppmFSR/C。

長期漂移

長期漂移是另一個可能給系統(tǒng)精度造成顯著影響的重要參數(shù)。125C時，AD5791的長期穩(wěn)定性典型值優(yōu)于0.1ppm/1000小時。LTZ1000可以實(shí)現(xiàn)每月大約1V的長期穩(wěn)定性。

圖4.典型器件的長期穩(wěn)定性，從時間=0開始，無預(yù)調(diào)理或老化

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

INL誤差在室溫下于實(shí)驗(yàn)室中測量，以代碼步進(jìn)=5將AD5791的輸入碼從零電平改變到滿量程。利用一個8.5位DVM記錄輸出緩沖器(AD8675)在每個碼的輸出電壓。結(jié)果完全在1LSB額定值范圍內(nèi)。

圖5.高精密電壓源在室溫下的INL誤差

噪聲

中間電平時測得的噪聲為1.1Vp-p，滿量程時測得的噪聲為3.7Vp-p。選擇中間電平代碼時，DAC會衰減來自各基準(zhǔn)電壓路徑的噪聲貢獻(xiàn)，因此中間電平代碼對應(yīng)的噪聲指數(shù)較低。

圖6.0.1Hz至10Hz帶寬中的電壓噪聲

長期漂移

系統(tǒng)長期漂移在25C時測量。AD5791設(shè)置為5V（frac34量程），在1000小時內(nèi)每隔30分鐘測量一次輸出電壓。觀測到的漂移值小于1ppmFSR。

圖7.VOUT漂移(ppmFSR)

結(jié)論

除了簡單易用以外，AD5791還提供1ppm的保證精度。但是，選擇正確的元件和基準(zhǔn)電壓源對充分利用AD5791的精度特性至關(guān)重要。LTZ1000、ADA4077、AD8676和AD8675的低噪聲、低溫度漂移、低長期漂移和高精度特性，可改善系統(tǒng)隨溫度和時間的精度、穩(wěn)定性及可重復(fù)性。

圖8.帶LTZ1000基準(zhǔn)電壓板的EVAL-AD5791SDZ