基于1ppm DAC的精密儀器儀表設計
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然而，隨著時間的推移，市場和技術(shù)不斷發(fā)展，關于精密數(shù)模轉(zhuǎn)換器的定義也已發(fā)生變化。半導體處理技術(shù)、DAC設計和校準技術(shù)的發(fā)展使高線性度數(shù)模轉(zhuǎn)換器成為可能。這種轉(zhuǎn)換器不僅穩(wěn)定性好、建立時間短，而且能提供優(yōu)于1ppm的20位性能。這類小型IC保證性能規(guī)格，無需校準且簡單易用。
1ppm DAC的應用范圍覆蓋從醫(yī)療MRI系統(tǒng)中的梯度線圈控制到質(zhì)譜測定、測試和測量應用中的精密源和定位。
性能指標
圖1所示電路提供1ppm性能，其關鍵技術(shù)指標是積分非線性度、微分非線性度和0.1Hz至10Hz峰峰值噪聲。
雖然有1ppm以下的精密元件可供使用，但構(gòu)建1ppm系統(tǒng)并非易事，不可等閑視之。1ppm精度電路中的主要誤差源為噪聲、溫度漂移和熱電電壓。
*噪聲
為實現(xiàn)真正的1ppm系統(tǒng)，必須將噪聲降至最低水平。U1的噪聲頻譜密度為7.5 nV/vHz。U2和U3的額定噪聲密度為2.8 nV/vHz，遠遠低于DAC的噪聲貢獻。
寬帶噪聲可以通過濾波消除，但0.1Hz至10Hz范圍內(nèi)的低頻噪聲(1/f)卻無法濾除。要盡量降低這一噪聲，最有效的方法在于器件優(yōu)化和選擇。U1在0.1Hz至10Hz帶寬下產(chǎn)生0.6μV p-p噪聲，遠低于1LSB（對于±10V輸出，1LSB = 19μV）。系統(tǒng)中1/f噪聲的設計目標值應為0.1LSB或2μV左右。信號鏈中的三個放大器在電路輸出端總共產(chǎn)生大約0.2μV p-p的噪聲。加上U1的0.6μV p-p噪聲，預計總1/f噪聲為0.8μV p-p。
*溫度漂移
溫度漂移是精密電路中的另一個主要誤差源。U1的溫度系數(shù)為0.05ppm/℃。U2的漂移系數(shù)為0.6μV/℃，即總體會向電路中引入0.03ppm/℃的漂移。同時U3再貢獻0.03ppm/℃的輸出漂移，這樣三者相加后為0.11 ppm/℃。對于調(diào)節(jié)和增益電路，建議使用低漂移、熱匹配電阻網(wǎng)絡，如Vishay的300144Z和300145Z。
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