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标题: 过程校准仪中高精度电压源的设计 [打印本页]

作者: 520503 时间: 2014-10-17 22:16 标题: 过程校准仪中高精度电压源的设计

关键字：过程校准仪高精度电压源工业电子
设计目的
在仪表校准中，我们希望直流电压源的精度与分辨率能够足够的高，因为这是仪表能否校准好的关键所在。然而单纯使用单片DAC实现源的方法不仅成本高，而且各项性能并不能得到保证，特别是在动态范围和分辨率上会产生矛盾。因此就设想使用一片双通道的D/A转换器来实现，即使用一个通道来实现电压源的高精度，另一个通道来实现其对动态范围的要求。这样在节约了成本的同时，动态范围与精度也都达到了要求。经过分析,使用双12位D/A转换器LTC1590完全可以实现动态范围0～12.5V,分辨率为0.1mV的直流电压源的产生。

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的基本电压信号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。因此，该设计中最核心的部分是标准电压信号Vstand的产生。

标准电压信号Vstand的产生

本设计中使用的是双12位D/A芯片LTC1590CN，示意图如图1所示。

D/A1、D/A2分别代表的是LTC1590中两个独立的、精度都为12位的D/A转换器。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，中间所加的精密数字电位器起调节分辨率的作用，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W为AD8400的调节比例(0≤W≤1)，可以得到：V2’=V2×W

于是V1分辨率=2.5V/212=2.5V/4096=0.61035(mV)≈0.61 (mV)，

V2”分辨率=V2’分辨率/200=W×V2分辨率/200=W×2.5V/4096×200 ≈0.003W(mV)

则V1=V1分辨率×N， V2”=V2”分辨率×M(N，M=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=5×Vstand=(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的动态范围的问题，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=5×V2”分辨率=0.015W(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0.015W (mV)，若W=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。

当W=171/256时可以得到V的分辨率=0.015W =0.01mV

这样我们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，不仅完全可以满足系统所要求的0.1mV分辨率，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非线性误差等对输出造成的影响。

产生Vstand的电路图如图2，Vstand在图2中是网络标号STAND_VOL所代表的信号。

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