1.前言

最近需要新项目 构建高精度ADC采集电路 初步了解不同组件如何影响系统的精度 以及如何为精密直流电源设计选择合适的组件。

测试和测量应用，如电池测试、电化学阻抗谱和半导体测试， 输出直流电源需要准确的电流和电压。

在±5°C在环境温度变化条件下，设备的电流和电压控制精度应高于全尺度±0.02%。 在很大程度上，精度取决于电流感电阻和放大器的温度漂移。

2.输出驱动程序

图1是电源的方框图 包括输出驱动器、电流和电压传感电路 模数转换器控制电路(ADC)和数模转换器(DAC)。

输出驱动程序的选择取决于输出精度、噪声和功率电平。 线性功率为低功率(5)W）或低噪声应用的输出驱动程序。

功率操作放大器(操作放大器)具有集成热流和过流保护，适用于低功率应用。

图1:典型的直流电源方框图

3.电流和电压传感

输出电流可由高精度电流分流电阻和低漂移仪器放大器测量。 仪器放大器的输入偏移误差和增益误差没有问题， 由于系统校准过程中考虑了这两个误差。

然而，仪器放大器的偏移和增益漂移， 非线性输出噪声和增益难以校准， 在选择电流感放大器时，应考虑这些误差。

公式1计算表1所示的电流感放大器未调整误差。 公共噪声拒绝比的误差相对较小， 我们可以忽略它。

NA表中列出的放大器误差最小。 使用误差计算±5°C温度变化， 对1-A和25-A输出分别选择100-mΩ和1-mΩ电流电阻。

表1：电流感应放大器未调整误差合计

使用差速器或仪表放大器， 负载电压监测非常准确。

放大器同时感知负载的输出电压和接地， 消除电缆中任何电压降引起的误差。

调整放大器整放大器的偏移和增益误差， 只留下输入偏移漂移。 百万分之一的漂移可以通过将偏移漂移除以全尺度电压来计算。

例如， 对于2.5V全尺度范围及1-μV/°C偏移漂移， 漂移将为0.4ppm/°C.如果需要较低的输出电压漂移，可以 选择零漂移操作放大器，

如OPA最大输入偏移幅度为858nV/°C. 然而，1-μV/°C对于大多数应用来说，偏移漂移精度就足够了。

4.ADC

在系统校准过程中， 会调整ADC偏差误差和增益误差。 由ADC的漂移和非线性引起的误差难以校准。

表2比较了温度变化的三种不同高精度±5°C的误差。

ADS131M表中列出的02adc错误最小。 不包括误差计算ADC输出噪声和电压参考误差。

表2：ADC总误差未调整

5.控制回路

图2显示了电源的模拟控制电路。 即使不需要恒电流输出， 保持恒电流回路也有助于短路保护。

恒流电路将通过降低输出电压限制输出电流， 通过IREF可编程设置。

在恒流和恒压回路之间使用二极管有助于实现恒压到恒流的转换， 反之亦然。

多路复用器友好的操作放大器适用于恒流和恒压电路， 避免放大器输入之间的短路。

当任何控制回路处于开回路状态时， 操作放大器在其输入引脚处可以看到大于0.7V差动电压。

非多路复用器友好操作放大器在输入引脚处有反平行二极管， 超过二极管不允许差动电压下降。

因此，非多路复用器友好op放大器增加了放大器的偏置电流， 这可能会导致设备加热和系统不准确， 由于电流与源阻抗相互作用。

图2:恒流恒压回路示意图

还可以在C2000实时mcu在数字域中实现控制循环。 高分辨率脉宽调制，C2000实时单片机精密ADC与其他模拟外设， 有助于减少组件总数和材料清单。

C2000实时单片机产品组合包括16位和12位ADC选项。

6.结论

在设计直流电源进行测试和测量应用时， 应考虑温度漂移和噪声规范。

如果选择低漂移放大器和ADC产品， 其精度可低于0.01%。