用DAC和触发器构成的恒流源

2009年08月10日 10:08    贾延安
关键词: DAC , 触发器 , 恒流源
Analog Devices AD5422 16 bit串行输入DAC可以设定为电压输出或电流输出。为了与DAC通信并产生一个可变输出,就需要一个数据SERDES(串行器/解串器)。不过,如果你的设计需要一个恒定的4mA输出,可以用两只触发器对该器件作设定,并用一个机械式按键开关S1作测试(图1)。



图1按下并释放S123次以后DAC产生一个4mA的连续电流输出


  AD5422的编程设定使用24 bit长的字,其高8位构成控制寄存器的地址,低16位设定DAC的输出范围、压摆率步长和压摆率时钟(表1)。向AD5422中写入一个24bit的 0101 ... 01形式,将其设定在同时选择的电流区间的底部,即输出电流脚(Pin 19)上4 mA~20 mA。AD5422内部移位寄存器的数据在每次锁存信号(Pin 7)的低-高跃变时移入数据寄存器。在IC1上电后第23次按下并松开开关时,器件将这个不断交替的码序列解析为一个控制指令。该序列以后,SCLK信号可以保持为空闲(图2)。



图2虽然控制指令序列至少有23个时钟的宽度但可以很容易生成交替的位格式


  触发器FF1配置为一个熟知的除2计数器,产生所需要的交替序列。手动按下并释放按键开关时,就可以生成一个SCLK信号。这里必须使用一个除颤器,因为电路需要一个干净的SCLK逻辑信号,它的电平转换不超过数十纳秒。FF2用作一个异步置位/复位触发器,消除按键产生的信号颤动。

  为使电路正常工作,在SCLK低-高跃变后,锁存信号的有效低-高跃变必须出现至少13 ns。采用SN74HC74级触发器可以满足这个要求。IC2中FF1的Q输出连接到IC1的SDIN输入。SDIN输入端的电平跃变必须预置,并在 SCLK信号的低-高跃变时保持至少5 ns时间。从AD5422的精密5V基准可以获得IC1输出端FAULT(Pin 3)的上拉电阻和IC2的5V电源电压。当IC1的漏极开路FAULT输出有效时,在初始状态、给IC1控制字时钟或故障状态时会由于负载而出现微小的电流浪涌。所幸,输出电流(Pin 19)尚未流动,否则过热条件或过大负载电阻会从外部破坏这一电流的精度。无论哪种情况,内部基准源的外部加载(不超过数十秒时间的微安级)都不会损及基准源的精度。

表1控制指令各位的作用



  通过在IOUT脚与地之间连接一只100Ω高精度电阻,并产生23个时钟脉冲,可以测出这只电阻上的一个0.400xV电压,其中x≤4,确认这是4 mA的高精度恒定电流。IC1的实际全量程误差远小于其保证的±0.3%满量程误差最差值(参考文献1)。

因此,必须将获得的4 mA电流相对误差(该值不大于0.1%)除以4,因为电流的标尺是20 mA–4 mA="16" mA。于是,这种情况下DAC的全量程总误差就小于0.1%/4,即0.025%。采用单片DAC构建的恒流源,可以得到高的分辨率和可忽略不计的温度敏感度,能抵抗电源电压波动,并且有高的初始精度。电流输出DAC亦有数十兆欧的输出电阻。

  电路使用S1产生只用于测试目的的SCLK信号。对于移动电源应用,可以采用一个频率高达200 kHz的自由时钟。可以从AD5422的DVCC脚为FAULT输出的上拉电阻和IC2供电。
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