电源工程师设计札记（一）：轻松完成电源设计

而运行时无需校准程序，其延迟不超过100 ns，可用于波形生成应用及快速控制环路。

　　图2. DAC梯形结构。

AD5791不但提供出色的线性度，而且可具有9 nV/√Hz噪声密度、0.1 Hz至10 Hz频带内0.6 μV峰峰值噪声、0.05 ppm/°C温度漂移，且其1000小时长期稳定性优于0.1 ppm。

作为一种高电压器件，采用双电源供电，最高±16.5 V。输出电压范围由正负基准电压VREFP和VREFN决定，提供了灵活的输出范围选择。

AD5791所用精密架构要求使用高性能外置放大器来缓冲来自3.4 k? DAC电阻的基准源，为基准输入引脚的加载感应提供方便，以确保AD5791的1 ppm线性度。AD5791需要一个输出缓冲来驱动负载，以减轻3.4 k?输出阻抗的负担——除非驱动的是一个极高阻抗、低电容负载——或者衰减处于容限之内并可预测。

由于放大器为外置型，可根据噪声、温度漂移和速度的优化需要进行选择——并可调整比例因子——具体视应用需要而定。对于基准缓冲，建议采用AD8676 双通道放大器，其具有低噪声、低失调误差、低失调误差漂移和低输入偏置电流的特点。基准缓冲的输入偏置电流特性非常重要，因为过大的偏置电流会降低直流线性度。积分非线性度的降低（单位：ppm）为输入偏置电流的函数，一般表示为：

其中，IBIAS 单位为 nA；VREFP和VREFN的单位均为伏特。例如，对于±10 V的基准输入范围，100 nA的输入偏置电流将使INL提高0.05 ppm。

输出缓冲的主要要求与基准缓冲相似——唯一例外是偏置电流，因为它不影响AD5791的线性度。但失调电压和输入偏置电流可能会影响到输出失调电压。为了维持直流精度，建议将AD8675 用作输出缓冲。高吞吐量应用要求使用较高压摆率的快速输出缓冲放大器。

表1列出了少数适用精密放大器的关键技术规格。

表1. 精密放大器的关键技术规格

AD5791具有设计时间更短、设计风险更小、成本更低、电路板尺寸更小、可靠性更高和保证性能规格的特点。

图3是一种电路示意图，其中以AD5791 （U1）作为精密数控1 ppm电压源，电压范围为±10 V，增量为20 μV；以AD8676 （U2）作为基准缓冲；以AD8675 （U3）作为输出缓冲。绝对精度取决于外置10 V基准电压源的选择。

　　图3.采用AD5791数模转换器的1 ppm精度系统。

性能测量

该电路的重要指标是积分非线性度、微分非线性度和0.1 Hz至10 Hz峰峰值噪声。图4显示，典型INL处于±0.6 LSB之内。

　　图4. 积分非线性度坐标图。

图5所示典型DNL为±0.5 LSB；在整个位跃迁范围内，输出均可保证单调性。

　　图5. 微分非线性度坐标图。

0.1 Hz至10 Hz带宽内的峰峰值噪声约为700 nV，如图6所示。

　　图6. 低频噪声。

AD5791仅仅是个开始：

1 ppm电路的复杂性

尽管AD5791一类的精密次 1 ppm元件已上市，但构建1 ppm系统并非易事，不能草率对待。必须全面考虑在这个精度级别出现的误差源。1 ppm 精度电路中的主要误差源为噪声、温度漂移、热电电压和物理应力。应遵循精密电路的构建技术，以尽量降低此类误差在整个电路中的耦合和传播效应，避免产生外部干扰。下面将简要总结这些考虑因素。更多详情请参阅参考文献。

噪声

工作于1 ppm分辨率和精度时，必须将噪声降至最低水平。AD5791的噪声频谱密度为9 nV/√Hz，主要源于3.4 k? DAC电阻的约翰逊噪声。为了尽量避免增加系统噪声，必须将所有外设的噪声贡献降至最低。电阻值应低于DAC电阻，以确保其约翰逊噪声贡献不会大幅提高方和根总体噪声水平。AD8676基准缓冲和AD8675输出缓冲额定噪声密度为2.8 nV/√Hz，远远低于DAC的噪声贡献。

通过简单的R-C滤波器，即可相对简单地消除高频噪声，但0.1 Hz至10 Hz范围内的1/f噪声却很难在不影响直流精度的情况下滤除。降低1/f噪声最有效的方法是避免其进入电路之中。AD5791在0.1 Hz至10 Hz带宽下产生约0.6 μV峰峰值噪声，远低于1 LSB（输出范围为±10 V时，1 LSB = 19 μV）。在整个电路中，1/f最大噪声的目标值应为0.1 LSB或2 μV左右，通过选择合适的元件即可达到此目标。电路中的放大器产生0.1 μV峰峰值1/f噪声；信号链中的三个放大器在电路输出端共产生约0.2 μV峰峰值噪声。加上来自AD5791的0.6 μV峰峰值噪声，预计总1/f噪声约为0.8 μV峰峰值，该值与图5所示测量值紧密相关。这为可能增加的其他电路（如放大器、电阻和基准电压源）等留出了充足的余量。

温度漂移

与所有精密电路一样，所有元件的温度漂移是主要误差源之一。减少漂移的关键是选择次 1 ppm温度系数的重要