在今天的"組合參考電路"系列文章中，我們將介紹一款同時運用ADI/LTC產品的超高精度可編程電壓源。AD5791同LTZ1000, ADA4077、 AD8675/AD8676一起，可用來實現一種1 ppm分辨率、 1 ppm INL、長期漂移優于1 ppm FSR的可編程電壓源。這一強大組合有助于向放射科醫生提供其需要的出色圖像清晰度、分辨率和對比度，使他們能看見更小的解剖結構。想想將其應用于MRI（磁共振成像）會有何等重要意義。通過更清晰的器官和軟組織圖像，醫療專業人員將能更準確地探知心臟問題、腫瘤、囊腫和身體各部分中的異常。這只是該可編程電壓源的諸多應用之一。

圖1. 可編程電壓源

其他要求1 ppm精度的應用：

科研、醫療和航空航天儀器儀表

醫療成像系統

激光定位器

振動系統

測試與測量

自動測試設備(ATE)

質譜測定

信號源測量單元(SMU)

數據采集/分析儀

工業自動化

半導體制造

過程自動化

電源控制

高級機器人

對于測試和測量系統，1 ppm分辨率和精度可改善測試設備的整體精度和粒度，從而更精密地控制和激勵外部信號源及納米執行器。在工業自動化中，1 ppm分辨率和精度可提供執行器移動、轉向或定位所需的納米級精度水平。

AD5791

AD5791是一款20位、無緩沖電壓輸出型數模轉換器，具有1 ppm相對精度(1 LSB INL)和1 LSB DNL（保證單調性）。它提供引入注目的0.05 ppm/°C溫度漂移、0.1 ppm p-p噪聲和優于1 ppm的長期穩定性。AD5791包含一個精密R-2R結構，其利用先進的薄膜電阻匹配技術。該器件采用最高33 V的雙極性電源供電，可由5 V至VDD–2.5 V的正基準電壓和VSS +2.5 V至0 V的負基準電壓驅動。AD5791使用多功能3線串行接口，工作時鐘速率最高可達35 MHz，兼容標準SPI、QSPI?、MICROWIRE?和DSP接口標準。AD5791提供20引腳TSSOP封裝。

圖2. AD95791 DAC梯形結構

LTZ1000

LTZ1000是一款超穩定的溫度可控基準電壓源，提供7.2 V輸出，具有出色的1.2 μV p-p噪聲、2 μV/√kHr長期穩定性和0.05 ppm/°C溫度漂移。該器件內置嵌入式齊納基準電壓源、用于提高溫度穩定性的加熱電阻以及溫度檢測電阻。利用外部元件設置工作電流并穩定基準電壓源溫度，從而實現較大靈活性、優質長期穩定性和噪聲性能。

圖3. LTZ1000原理示意圖

ADA4077

ADA4077是一款高精度低噪聲運算放大器，具有超低的失調電壓和極低的輸入偏置電流。與結型場效應管放大器不同，其低偏置和失調電流對環境溫度相對不敏感，即使環境溫度達到125°C，該特性仍然保持穩定。使用1000 pF以上容性負載時輸出穩定，無需外部補償。

AD8675/AD8676

AD8675/AD8676是精密軌到軌運算放大器，具有超低失調、漂移和電壓噪聲，而且輸入偏置電流在整個工作溫度范圍內均非常低。

一些電路考慮事項

噪聲

低頻噪聲必須保持較小，以免影響電路的直流性能。在0.1 Hz至10 Hz帶寬，AD5791產生大約0.6 μV p-p噪聲，每個ADA4077產生0.25 μV p-p噪聲，AD8675產生0.1 μV p-p噪聲，LTZ1000產生1.2 μVp-p噪聲。選擇適當的電阻值，確保其約翰遜噪聲不會大幅提高總噪聲水平。

AD5791基準電壓緩沖器配置

用于驅動AD5791的REFP和REFN引腳的基準電壓緩沖器必須配置為單位增益。任何經過增益設置電阻流入基準電壓檢測引腳的額外電流，都會降低DAC精度。

AD5791 INL靈敏度

AD5791 INL性能對用作基準電壓緩沖器的放大器的輸入偏置電流有輕微的敏感性。因此，所選的放大器應具有低輸入偏置電流。

溫度漂移

為使整個系統保持較低的溫度漂移系數，選擇的各元件必須具有低溫漂(TC)。AD5791的TC為0.05 ppm FSR/°C，LTZ1000的TC為0.05 ppm/°C，ADA4077和AD8675分別貢獻0.005 ppm FSR/°C和0.01ppm FSR/°C。

長期漂移

長期漂移是另一個可能給系統精度造成顯著影響的重要參數。125°C時，AD5791的長期穩定性典型值優于0.1 ppm/1000小時。LTZ1000可以實現每月大約1 μV的長期穩定性。

圖4. 典型器件的長期穩定性，從時間 = 0開始，無預調理或老化

實驗結果

INL誤差在室溫下于實驗室中測量，以代碼步進 = 5將AD5791的輸入碼從零電平改變到滿量程。利用一個8.5位DVM記錄輸出緩沖器(AD8675)在每個碼的輸出電壓。結果完全在±1 LSB額定值范圍內。

圖5. 高精密電壓源在室溫下的INL誤差

噪聲

中間電平時測得的噪聲為1.1 μV p-p，滿量程時測得的噪聲為3.7 μV p-p。選擇中間電平代碼時，DAC會衰減來自各基準電壓路徑的噪聲貢獻，因此中間電平代碼對應的噪聲指數較低。

圖6. 0.1 Hz至10 Hz帶寬中的電壓噪聲

長期漂移

系統長期漂移在25°C時測量。AD5791設置為5 V（?量程），在1000小時內每隔30分鐘測量一次輸出電壓。觀測到的漂移值小于1 ppm FSR。

圖7. VOUT漂移(ppm FSR)

結論

除了簡單易用以外，AD5791還提供1 ppm的保證精度。但是，選擇正確的元件和基準電壓源對充分利用AD5791的精度特性至關重要。LTZ1000、ADA4077、AD8676和AD8675的低噪聲、低溫度漂移、低長期漂移和高精度特性，可改善系統隨溫度和時間的精度、穩定性及可重復性。

圖8. 帶LTZ1000基準電壓板的EVAL-AD5791SDZ

審核編輯：郭婷