试做一个R2R+DAC的电压源

aa7812

          本人用 单片机 与 R2R(8位)+DAC(12位) 电路, 尝试做了一个 0.000--10.000V 的 直流电压信号源, 简单介绍如下:

  *   电路部分比较简单，分两部分, 主输出部分用R2R电路, LM399做基准源，用(N+P)MOS管    做模拟开关, 输出电压设
      计为 10V,   R2R输出的步进电压约40mV; 辅助输出部分用 DAC  (12位)芯片, 两部分输出经运放合成后, 推动一个NPN
      管做最后输出。

  *   软件设计 0.000V 到 10.000V 连续可调, 步进1mV, 也可以细调DAC的输出,   最终步进电压约 0.015mV。

  *   本信号源显示电压比较简单, 用单片机自带的10位AD功能, 有0.0xV的误差，没有使用 高位AD转换芯片, 显示电压在
      这里仅做参考。

  *   电路板设计时, 没有通讯接口，没有外接的EEPROM,  调试时增加(外接)了这二个IC  电路中除了LM399外, 其他元件
      都是大众化的,     电阻是718厂的，运放用一般低温漂  的即可。

  *   输出电压测量:
      手上只有一台五位半的万用表HP3478A, 该表在3V以下测量时, 可以测量到0.01mV 的 精度,下述测量数据以
      HP3478A 为依据,    测量时关闭DAC芯片输出，只保留R2R的输出,   万用表和信号源都预热一小时, 在 (1V, 2V, 3V,
      5V, 9V) 附加选5个测试电压,   依次 循环反复测量这5个电压点,  连续测量12小时,  测量结果是:   3V以下电压漂移
      小于 0.03mV,   3V以上测量, 电压漂移不超过    0.1mV(万用表在3V以上最低电压是0.1mV)。

  *  总体误差:
     R2R 电路电压调节步进约40mV, 需要用一个12位的DAC芯片细调，二路输出合成处的电阻是 10K 和 1M, 经实际
     电路测试, DAC步进精度约0.015mV, 假设DAC的非线性误差最大为4个字,   4*0.015mV=0.06mV, 加上0.03mV 的
     R2R误差, 最大误差 小于 0.1mV。 这里 R2R电路的误差系数, 可以通过串口修改,  DAC芯片的误差不能修正。

  *  为保持温度恒定, 将电路板放在塑胶合内, 信号源需要预热，否则误差会更大一些。

  *  改进措施:
     <1>   开机预热时间较长, 不知是运放原因, 还是(N+P)MOS管的原因,  估计不会是电阻的  原因吧, 求各位大侠 推
              荐一下, 是否有可工作在 7V 或 10V 的电子开关IC,  不知电子开关的温度性能 与 (N+P)MOS管 相比如何,
     <2>   显示准备改为 LCD1602, 降低成本。
     <3>   按照上述的误差范围,  基准改用廉价一些的AD584 等，不知是否合理。
             下面给出测试图和一些测试参数

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万用表测出的电压      信号源设置输出的电压
00.00049E*0  ************> SET = 00000
00.20001E*0  ************> SET = 00200
00.39998E*0  ************> SET = 00400
00.59999E*0  ************> SET = 00600
00.80001E*0  ************> SET = 00800
00.99999E*0  ************> SET = 01000 **
01.20000E*0  ************> SET = 01200
01.39999E*0  ************> SET = 01400
01.60000E*0  ************> SET = 01600
01.80001E*0  ************> SET = 01800
01.99999E*0  ************> SET = 02000
02.20001E*0  ************> SET = 02200
02.40000E*0  ************> SET = 02400
02.59999E*0  ************> SET = 02600
02.79999E*0  ************> SET = 02800
02.99998E*0  ************> SET = 03000
03.50003E*0  ************> SET = 03500 ***
04.00010E*0  ************> SET = 04000
04.50009E*0  ************> SET = 04500
05.00005E*0  ************> SET = 05000
05.50010E*0  ************> SET = 05500
06.00005E*0  ************> SET = 06000
06.50006E*0  ************> SET = 06500
07.00000E*0  ************> SET = 07000
07.50005E*0  ************> SET = 07500
08.00008E*0  ************> SET = 08000
08.50000E*0  ************> SET = 08500
09.00010E*0  ************> SET = 09000
09.50010E*0  ************> SET = 09500
10.00005E*0  ************> SET = 10000
解释:  **----> 设置输出1.000V,   实际输出 0.99999V
         ***----> 设置输出3.500V,   实际输出 3.50003V

aa7812

这里是 变换电路的原理图,以及 测试图片。

放牛的春天

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poseidonstorm

先顶顶

楼主电路可否发出来让咱研究下？

lizhijun

FLUKE85系列好像就是R2R的ADC

aa7812

电路很简单，所以我没画，就是一个 通用的 R2R 电路,  用 LM399 给他供电，R2R输出经 10K 电阻， 与 DAC 输出(经1M电阻) 合成到运放的输入, 运放输出后驱动一个 NPN 管.

liwei_jlu

不错，有没有考虑MOS的漏电流？
JFET应该更好一点。

longshort

R2R选择的阻值不要太小，MOS开关的泄漏可以忽略。

xiaosun

泄漏电流和导通电阻都不可能忽略，特别是高位

liwei_jlu

R_R最大可能是mA级别，但是到最低，就是uA级别了，漏电流会带来很大误差。

aa7812

电路原理图已传在1楼，  (N+P)MOS管是一个封装内的对管， 两个管子总是一个导通，一个截止， 我有不明之处， 按资料说明，通道电阻几毫欧,  <截止管子>的漏电流，也是被<导通管子>旁路了，按理不应该对电路有什么影响， 毕竟是 几毫欧 与 20K 的比例关系， 请各位大侠指导。

ascetic_wn

关注一下

shichen717

MOS对管是什么型号？

longshort

我在7楼的跟帖有点错误，改了下。
按给出的电路图看，在模拟开关开通时，20K的支路电阻与模拟开关的20mR之比为1,000,000，模拟开关本身的电阻变化引起的比例小于1ppm。
在关断时，支路电阻对次高位有影响。若关断泄漏为1nA，主路径通过电流为1mA，那么比例也为1,000,000，只要模拟开关的泄漏电流小于1nA，其变化就小于1ppm。
因此在这个电路中选择模拟开关的两个条件是，一是导通电阻小于等于20mR，一是泄漏电流小于等于1nA。
不过由于楼主预期的最小步进是1mV，上述条件可以放宽到200mR和10nA，这样器件更容易寻找，同时量化误差也只需要控制在10ppm级别就行了。

dyzhenhao

学习，学习，再学习！！！！！

aa7812

shichen717:MOS对管是什么型号？ (2012-08-31  10:03)

MOS对管 是 MT4606,  兼容 AO4606, 常用于显示器的高压板。