18位、线性、低噪声、精密双极性±10 V直流电压源

电路功能与优势

图1所示电路提供18位可编程电压，其输出范围为-10 V～+10 V，同时积分非线性为±0.5 LSB、微分非线性为±0.5 LSB，并且具有低噪声特性。

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。对于高精度应用，通过结合使用AD5781、ADR445和AD8676等精密器件，该电路可以提供高精度和低噪声性能。

基准电压缓冲对于设计至关重要，因为DAC基准输入的输入阻抗与码高度相关，如果DAC基准电压源未经充分缓冲，将导致线性误差。AD8676开环增益高达120 dB，经过验证和测试，符合本电路应用关于建立时间、失调电压和低阻抗驱动能力的要求。而AD5781经过表征和工厂校准，可使用双通道运算放大器AD8676对其电压基准输入进行缓冲，从而进一步增强配套器件的可靠性。

这一器件组合可以提供业界领先的18位分辨率、±0.5 LSB积分非线性(INL)和±0.5 LSB微分非线性(DNL)，可以确保单调性，并且具有低功耗、小尺寸PCB和高性价比等特性。

电路描述

图1所示数模转换器(DAC)为AD5781，这是一款SPI接口的18位高压转换器，提供±0.5 LSB INL、±0.5 LSB DNL和7.5 nV/Hz噪声频谱密度。另外，AD5781还具有极低的温漂(0.05 ppm/℃)特性。AD5781采用的精密架构要求强制检测缓冲其电压基准输入，从而确保达到规定的线性度。选择用于缓冲基准输入的放大器(B1和B2)应具有低噪声、低温漂和低输入偏置电流特性。针对此功能推荐用AD8676放大器，这是一款超精密、36 V、2.8 nV/Hz双通道运算放大器，具有0.6 μV/℃低失调漂移和 2 nA 输入偏置电流。此外，AD5781经过表征和工厂校准，可使用该双通道运算放大器来缓冲其电压基准输入，从而进一步增强配套器件的可靠性。

在图1中，AD5781配置为增益为2的模式，这样便可以用单基准电压源来产生对称的双极性输出电压范围。此工作模式采用外部运算放大器(A2)和片内电阻（参见AD5781数据手册）来提供大小为2的增益。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。输出缓冲器同样采用AD8676，其具有低噪声和低漂移特性。该放大器(A1)还用于将低噪声ADR445的+5 V基准电压放大至+10 V。此增益电路中的R2和R3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/℃。要在整个温度范围内达到最佳性能，R1和R2应处于单个封装内，如 Vishay 300144或 VSR144系列。R2和 R3均选用1 kΩ，以便将系统噪声保持在较低水平。R1和C1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。

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