Энергонезависимый микровольтовый ЦАП на основе цифровых потенциометров

Доступность, казалось бы, безграничного разнообразия монолитных микросхем ЦАП позволяет легко реализовать большинство приложений цифро-аналогового преобразования с помощью одного готового устройства. Однако иногда необычный набор требований диктует необходимость использования нескольких микросхем. Одним из примеров такого требования является необходимость энергонезависимости установок ЦАП в циклах включения и выключения. Другим примером может служить потребность в разрешении и стабильности выходного сигнала менее 1 мкВ. Сочетание недорогих программируемых цифровых потенциометров с точным источником опорного тока в схеме на Рисунке 1 позволяет обеспечить как энергонезависимость, так и точностные характеристики микровольтового уровня. Для точного моделирования сигналов высокотемпературных платино-родиевых термопар требуются точность и разрешение лучше 1 мкВ. Эти датчики температуры имеют коэффициент Зеебека всего 6 мкВ/°C. Поэтому моделировать такие датчики могут только источники напряжения со стабильностью и точностью на уровне 1 мкВ.

Программируемые цифровые потенциометры образуют необычный ЦАП с микровольтовым разрешением.
Рисунок 1. Программируемые цифровые потенциометры образуют необычный ЦАП
с микровольтовым разрешением.

Для достижения столь низкого выходного дрейфа обычно требуется использование активных элементов схемы, таких как усилители, стабилизированные прерыванием, с температурным коэффициентом, ненамного большим 1 нВ/°C. Схема на Рисунке 1 основана на другом подходе; в ней используется разделение токов и пассивный и, следовательно, по сути своей свободный от дрейфа выход, не нуждающийся в усилителях. Каждая половина микросхемы REF200 является источником опорного тока 100 мкА. Токи этих опорных источников идут в движки цифровых потенциометров IC1 и IC2. Там они разделяются на два тока (например, I1 и I2) в пропорции, определяемой программно установленным относительным положением движка K1.

и

I1 проходит через последовательное соединение резистора 48.7 Ом и выходного резистора 1 Ом, и таким образом, генерирует выходное напряжение

при изменении K1 от 0 до 1. Работа схемы проста и не имеет дрейфа. К сожалению, разрешения схемы с одним потенциометром для многих высокоточных приложений недостаточно.

В микросхеме IC1 (CAT5113), как и в других цифровых потенциометрах, сочетаются универсальность управляемого резистивного элемента и энергонезависимость установки сопротивления. Однако его разрешение составляет всего 100 шагов, что немного хуже, чем 7 бит, и в этой схеме эквивалентно 50 мкВ. Поэтому в преобразователь добавлена вторая микросхема цифрового потенциометра IC2. Выходной ток потенциометра IC2 течет через сопротивление нагрузки 1 Ом, увеличивая разрешение в 50 раз по сравнению с одной микросхемой IC1. Таким образом, IC2 добавляет к выходному напряжению V от 0 до 100 мкВ. Следовательно, комбинированный выходной сигнал равен

при полной шкале 5 мВ и разрешении 1 мкВ. Схема является идеальным решением для таких приложений, как имитация сигналов термопары в прецизионных системах измерения и контроля температуры.

  1. Datasheet ON Semiconductor CAT5113
  2. Datasheet Texas Instruments REF200

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 19
сейчас смотрят 3
представлено поставщиков 581
загружено
позиций
25 067 862