Программа Сервисный Центр
0

Универсальные программируемые прецизионные источники тока на основе ЦАП, ОУ и MOSFET


, декабрь 2014

Analog Devices

Circuit Note CN-0151

Функции и преимущества схем

Источники тока с цифровым управлением необходимы во многих приложениях, таких, как регулирование мощности, управление соленоидами, измерение импедансов, возбуждение датчиков и пульсоксиметрия. Ниже мы опишем три схемы источников тока с цифровым управлением по последовательному интерфейсу, в которых используются ЦАП, операционные усилители (ОУ) и MOSFET.

Выбранные ЦАП имеют высокое разрешение (14 или 16 бит), характерное для КМОП схем низкое потребление мощности и стандартные последовательные интерфейсы. 16-битный ЦАП AD5543 упаковывается в сверхкомпактный 8-выводной корпус MSOP размером 3 × 4.7 мм или в 8-выводной корпус SOIC. 14-битный ЦАП AD5446 выпускается в 10-выводном корпусе MSOP. Оба ЦАП совместимы с большинством интерфейсных стандартов DSP, а также с интерфейсами SPI, QSPI и MICROWIRE. Внешний источник опорного напряжения дает возможность получать любые варианты выходных уровней до 10 В.

Комбинация используемых компонентов позволяет создавать самые компактные и дешевые в отрасли решения с высоким разрешением. Эти три конструкции, обеспечивающие решения с низким уровнем риска, основаны на стандартных, серийно выпускаемых компонентах.

Описание схем

Во всех трех схемах используется источник 5 В для питания ЦАП и источники ±15 В для питания операционных усилителей. Для некоторых схем может потребоваться точный внешний источник опорного напряжения [1].

Каждая схема состоит из двух каскадов. Первый, каскад, входной, образован ЦАП и ОУ. Второй каскад, выходной, представлен N-канальным MOSFET (Рисунки 1 и 2), формирующим ток, пропорциональный записанному цифровому коду.

Во входном каскаде схемы, изображенной на Рисунке 1, использованы ЦАП AD5446 и ОУ AD8510. Схема выполняет преобразование командного слова и управление транзистором. Командное слово записывается через интерфейс SPI.

Универсальные программируемые прецизионные источники тока на основе ЦАП, ОУ и MOSFET
Рисунок 1.Источник тока на основе ЦАП с токовым выходом.
(Некоторые второстепенные цепи и развязывающие
конденсаторы на схеме не показаны).

В выходном каскаде использован N-канальный MOSFET типа NTE4153N, способный отдать в нагрузку намного больший ток, чем выход ОУ. R1, единственный резистор в этой схеме, необходим для формирования сигнала управления транзистором.

Ток нагрузки равен

 

Универсальные программируемые прецизионные источники тока на основе ЦАП, ОУ и MOSFET

где

D – доля от максимального кода, загруженная в ЦАП,
RDAC – входное сопротивление ЦАП.

Принимая, однако, во внимание, что RDAC >> R1 (номинальное значение RDAC = 9 кОм), выражение можно упростить:

 

Универсальные программируемые прецизионные источники тока на основе ЦАП, ОУ и MOSFET

При R1 = 100 Ом и VIN = −5 В ток ILOAD можно программировать в диапазоне 0 … 50 мА с разрешением 3 мкА (вес младшего разряда 14-битного кода). Диапазон изменений выходного напряжения составляет примерно 20 В и ограничен напряжением пробоя MOSFET. Идеальным прецизионным маломощным источником опорного напряжения 5 В для этой схемы будет прибор ADR425, однако его выходное напряжение необходимо инвертировать с помощью дополнительного ОУ, чтобы получить опорный уровень −5 В.

В схеме, показанной на Рисунке 2, также используется ЦАП AD5446. Однако в данном случае он включен в обратной конфигурации, обеспечивающей выход по напряжению при использовании источника опорного напряжения 1.2 В, такого, например, как ADR512.

Универсальные программируемые прецизионные источники тока на основе ЦАП, ОУ и MOSFET
Рисунок 2.Источник тока на основе ЦАП с токовым выходом, включенного в
режиме выхода по напряжению. (Некоторые второстепенные цепи
и развязывающие конденсаторы на схеме не показаны).

Выходное напряжение ЦАП на выводе 9 изменяется в диапазоне от 0 до 1.2 В. Подробное описание режима с выходом по напряжению можно найти в [2].

В данном случае используется ОУ OP1177, имеющий высокую точность и малое напряжение смещения, не превышающее 60 мкВ. Последнее обстоятельство особенно важно, когда ЦАП используется в режиме выхода по напряжению, размах выходного сигнала в котором существенно уменьшен.

N-канальный MOSFET в сочетании с ОУ образуют схему сильноточного выходного повторителя.

Отрицательная обратная связь с истока транзистора на вход ОУ управляет величиной тока, протекающего через резистор R1.

Ток нагрузки равен

 

Универсальные программируемые прецизионные источники тока на основе ЦАП, ОУ и MOSFET

При R1 = 10 Ом и VIN = 1.2 В ток ILOAD можно программировать в диапазоне от 0 до 120 мА с шагом 7 мкА (вес младшего разряда 14-битного кода).

В третьей схеме, изображенной на Рисунке 3, используется 16-битный ЦАП AD5543 в качестве входного каскада, и схема источника тока Хауленда в качестве выходного. По сравнению с выходами на MOSFET токовые насосы Хауленда имеют два преимущества: большое выходное сопротивление и способность формировать биполярные выходные токи. Для повышения устойчивости такие схемы обычно делают симметричными. Поэтому R1 = R1', R2 = R2' и R3 = R3'.

Универсальные программируемые прецизионные источники тока на основе ЦАП, ОУ и MOSFET
Рисунок 3.Источник биполярного тока, основанный на схеме Хауленда. (Некоторые
второстепенные цепи и развязывающие конденсаторы на схеме не показаны).

Ток нагрузки равен (вывод выражения см. в [3])

 

Универсальные программируемые прецизионные источники тока на основе ЦАП, ОУ и MOSFET

Выходной импеданс равен

 

Универсальные программируемые прецизионные источники тока на основе ЦАП, ОУ и MOSFET

Если R1 = 150 кОм, R2 = 15 кОм, R3 = 50 Ом и VIN = 10 В, ток ILOAD можно программировать в диапазоне 0 … 20 мА с разрешением 300 нА (вес младшего разряда 16-битного кода), причем схема будет иметь очень большой выходной импеданс.

Получить требуемые характеристики любой из трех схем можно лишь при самом внимательном отношении к качеству трассировки печатных плат, заземлению и технологиям развязки, чтобы правильно разделить цепи ЦАП и ОУ (см. [4] и [5]).

Общие рекомендации по выбору компонентов

В обеих схемах можно использовать опорные источники с другим напряжением, чтобы получить больший или меньший диапазон выходных токов (см. [6]). Обратите внимание: положительному напряжению опорного источника соответствует отрицательный выходной ток, что обусловлено архитектурой умножающих ЦАП. Хотя для оптимизации схемы по скорости, точности и другим параметрам можно использовать множество различных ЦАП, токовые КМОП выходы таких приборов, как AD5543 и AD5446, обеспечивают бóльшую гибкость в использовании при меньшем уровне риска.

Что касается выбора ОУ, если диапазон выходных сигналов у вас невелик, КМОП усилители будут работать нормально. Если необходим высокий входной импеданс, наилучшим выбором будут ОУ с МОП транзисторами на входах. В любом случае, для того, чтобы получить 14…16-битную точность, ОУ должны быть прецизионными.

Ссылки

  • MT-087 Tutorial, Voltage References. Analog Devices.
  • AD5446 Data Sheet
  • Brennan, Sean. AN-843 Application Note, Measuring a Loudspeaker Impedance Profile Using the AD5933, Analog Devices.
  • MT-031 Tutorial, Grounding Data Converters and Solving the Mystery of "AGND" and "DGND," Analog Devices.
  • MT-101 Tutorial, Decoupling Techniques. Analog Devices.
  • Voltage Reference Selection and Evaluation Wizard.
  • Хотите получать уведомления о выходе новых материалов на сайте?
    Подпишитесь на рассылку!

    AD5543 на РадиоЛоцман.Цены — от 956 до 2 418 руб.Исполнение: SOIC-8. IC, DAC, 16BIT, 1.2MSPS, SOIC-8; Resolution (Bits):16bit; Sampling Rate:1.2MSPS; Input Channel Type:Serial; Data Interface:3-Wire, Serial; Supply Voltage Range -...
    ПоставщикПроизводительНаименованиеЦена
    ЭлитанAnalog DevicesAD5543BRZ956 руб.
    Каталог "Электронщик"Analog DevicesAD5543BRZот 1 056 руб.
    ICdaromAnalog DevicesAD5543BRZот 1 061 руб.
    Океан ЭлектроникиAnalog DevicesAD5543BRMREEL7по запросу
    ТаймЧипсAnalog DevicesAD5543BRMZпо запросу
    Все 20 предложений от 14 поставщиков »
    Цены»Микросхемы
     
     
    Информация
    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.
     
    Обратная связь

    Наши партнеры

     

    Опросы

    Есть ли справедливость в жизни?
    Конечно есть, уверен!
    Вроде как должна быть, но...
    Затрудняюсь ответить...
    Какая справедливость? О чем Вы?
    Эх.., нет правды на свете!

     

    Облако тегов

    Требуется для просмотраFlash Player 9 или выше.

    Показать все теги
     

    Календарь публикаций

    «    Декабрь 2016    »
    ПнВтСрЧтПтСбВс
     
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    13
    14
    15
    16
    17
    18
    19
    20
    21
    22
    23
    24
    25
    26
    27
    28
    29
    30
    31
     
     

    Архив новостей

    Декабрь 2016 (10)
    Ноябрь 2016 (42)
    Октябрь 2016 (34)
    Сентябрь 2016 (38)
    Август 2016 (34)
    Июль 2016 (36)
     
    Наверх Сервисные мануалы Даташиты Ремонт LCD, ЖК телевизоров LG Samsung Скрипт программы "Сервисный центр"