3种利用DAC、运放和MOSFET晶体管构建多功能高精度可编程电流源
电路功能与优势
数字控制电流源在许多应用中至关重要，如电源管理、电磁阀控制、电机控制、阻抗测量、传感器激励和脉搏血氧仪等。本文介绍三种利用 dac、运算放大器和 mosfet 晶体管构建支持串行接口数字控制的电流源。
所选dac为配有标准串行接口的高分辨率（14 或 16 位）、低功耗cmos。16 位dac和图 2），ad5543提供超紧凑(3 mm × 4.7 mm)的 8 引脚msop和 8 引脚soic两种封装。14 位dac ad5446提
供小型 10 引脚msop封装。这两款dac均与大多数dsp接口标准兼容，而且兼容spi、qspi和microwire。外部基准电压输入允许输出电平可以有许多变化，最高可达 10 v。器件组合实现了业界领先的小 pc 板面积、低成本、高分辨率特性。三种设计均提供低风险解决方案，并使用业界标准器件。
图 1. 使用电流输出 dac 的电流源（未显示去耦和所有连接）
电路描述 所有三个电路的dac都需要 5 v单电源，运算放大器需要±15v电源。一些电路可能需要一个精确的外部基准电压源。
各电路均有两级。第一级是输入级，由dac和运算放大器构成。第二级是n沟道mosfet晶体管输出级（图1和图2)。它响应发送至系统的数字字而提供电流。如图 1所示，电路的输入级由电流输出dac (ad5446)和运算放大器(ad8510)构成。它转换命令字并驱动晶体管，此外还调制施加于单电阻的电压。命令字通过spi接口发送。输出级由n沟道mosfet晶体管(nte4153n)构成，它可提供高于运算放大器和单电阻输出的电流。单电阻r1 在电压施加于其引脚时产生电流。晶体管调节该电流。
图 2. 使用电流输出 dac 的电流源，其中 dac 连接为“反向”电压模式（未显示去耦和所有连接）
负载电流为：
其中d为载入dac数字字的小数表示。不过，rdac >> r1（rdac标称值为 9 k?），因此负载电流可以近似表示为：
当r1 = 100 ?且vin = 5 v时，iload可在 0 ma至 50 ma范围内进行编程，分辨率为 3 μa（14 位时的 1 lsb）。输出电源电压约为 20 v，受mosfet晶体管击穿电压的限制。adr425是非常适用于本电路的 5 v低功耗精密基准电压源。图 2 所示电路也使用ad5446 dac。但是，此时该dac在“反向”或电压模式下工作，通过使用adr512等 1.2 v基准电压源提供电压输出。
dac输出电压在引脚 9 上提供，其范围为 0 v至 1.2 v。有关“反向“电压工作模式的更多信息，请参考ad5446数据手册。该电路所用的运算放大器为op1177，它是一款高精度、失调电压非常低（最大值 60 μv）的器件。当dac在电压输出模式工作时，低失调电压非常重要。
n沟道 mosfet晶体管与运算放大器共同构成高电流输出跟随器电路。
从晶体管源引脚到运算放大器输入的负反馈调节流经 r1 的电流值。
负载电流为：
当r1 = 10 ?且vin = 1.2 v时，iload可在 0 ma至 120 ma范围内进行编程，分辨率为 7 μa（14 位时的 1 lsb）。
图 3. 基于 howland 电流源的双极性电流源（未显示去耦和所有连接）
第三个电路如图 3所示，它使用 16 位dac ad5543作为输入 级，并使用howland电流泵电路作为输出级。与mosfet输出相比，howland电流泵有两个优势：高输出阻抗和提供双极性输出电流的能力。为了提高稳定性，该电路一般是对称的。因此，r1 = r1'，r2 = r2'，r3 = r3'。
当r1 = 150 k?、r2 = 15 k?、r3 = 50 ?且vin = 5 v时，iload可在 0 ma至 20 ma范围内进行编程，分辨率为 300 μa（16位时的 1 lsb），而且该电路具有非常高的输出阻抗。
为了适当分开dac与运算放大器并达到理想的性能，所有三个电路都必须采用出色的布局、接地和去耦技术。
常见变化 为了获得更大或更小的电流输出范围，两个电路均可以使用其它基准电压源（参见基准电压源选择和评估向导）。请注意，由于dac架构原因，正基准电压输入将产生负输出电流。虽然许多dac都可以用来优化设计的速度、精度等特性，但ad5543和ad5446之类的cmos电流输出dac可提供更大的灵活性和低风险解决方案。
至于运算放大器，如果设计的输出信号范围相对较小，则cmos 放大器应当是合适的。如果需要高输入阻抗，fet 输入运算放大器是不错的选择。无论何种情况，均需要精密放大器来保持 14 位至 16 位精度。
第一届中亚IPv6产业峰会圆满召开，乌兹别克斯坦mobiuz SRv6中亚首商用发布
无人机行业三巨头争霸 大疆稳扎稳打一骑绝尘
上海贝岭推出全新电容隔离型数字隔离器系列产品
英伟达游戏业务销售额达到25亿美元
TP-Link TL-WR740N路由器WDS桥接设置
3种利用DAC、运放和MOSFET晶体管构建多功能高精度可编程电流源
雷军又在蕴量大招？MIUI 9正在攻坚App将会显示层级
如何使用正确的示波器采集模式
“新的T-Mobile”将制定新的15美元2GB和25美元5GB服务计划
tlc7528应用电路
采购电感元件的常识-(必备知识)
康佳公司2020年上半年彩电业务营收32.18亿元,同比下降16.30%
HT-LA433在线微量氧分析仪
JBL头戴式耳机可实现太阳能与室内灯光充电
鸿海董事长郭台铭拜会美国白宫，究竟为何？
采集针胶套测试仪
基于室外LED照明系统的分析建模研究
固态电池战激烈：日系一马当先，韩系开始抱团，德系加入竞争
FLIR携全新OEM机芯产品亮相第八届国际光电展
中国联通与小米将联合推出Wi-Fi 6路由器AX3600
所选dac为配有标准串行接口的高分辨率（14 或 16 位）、低功耗cmos。16 位dac和图 2），ad5543提供超紧凑(3 mm × 4.7 mm)的 8 引脚msop和 8 引脚soic两种封装。14 位dac ad5446提
供小型 10 引脚msop封装。这两款dac均与大多数dsp接口标准兼容，而且兼容spi、qspi和microwire。外部基准电压输入允许输出电平可以有许多变化，最高可达 10 v。器件组合实现了业界领先的小 pc 板面积、低成本、高分辨率特性。三种设计均提供低风险解决方案，并使用业界标准器件。
图 1. 使用电流输出 dac 的电流源（未显示去耦和所有连接）
电路描述 所有三个电路的dac都需要 5 v单电源，运算放大器需要±15v电源。一些电路可能需要一个精确的外部基准电压源。
各电路均有两级。第一级是输入级，由dac和运算放大器构成。第二级是n沟道mosfet晶体管输出级（图1和图2)。它响应发送至系统的数字字而提供电流。如图 1所示，电路的输入级由电流输出dac (ad5446)和运算放大器(ad8510)构成。它转换命令字并驱动晶体管，此外还调制施加于单电阻的电压。命令字通过spi接口发送。输出级由n沟道mosfet晶体管(nte4153n)构成，它可提供高于运算放大器和单电阻输出的电流。单电阻r1 在电压施加于其引脚时产生电流。晶体管调节该电流。
图 2. 使用电流输出 dac 的电流源，其中 dac 连接为“反向”电压模式（未显示去耦和所有连接）
负载电流为：
其中d为载入dac数字字的小数表示。不过，rdac >> r1（rdac标称值为 9 k?），因此负载电流可以近似表示为：
当r1 = 100 ?且vin = 5 v时，iload可在 0 ma至 50 ma范围内进行编程，分辨率为 3 μa（14 位时的 1 lsb）。输出电源电压约为 20 v，受mosfet晶体管击穿电压的限制。adr425是非常适用于本电路的 5 v低功耗精密基准电压源。图 2 所示电路也使用ad5446 dac。但是，此时该dac在“反向”或电压模式下工作，通过使用adr512等 1.2 v基准电压源提供电压输出。
dac输出电压在引脚 9 上提供，其范围为 0 v至 1.2 v。有关“反向“电压工作模式的更多信息，请参考ad5446数据手册。该电路所用的运算放大器为op1177，它是一款高精度、失调电压非常低（最大值 60 μv）的器件。当dac在电压输出模式工作时，低失调电压非常重要。
n沟道 mosfet晶体管与运算放大器共同构成高电流输出跟随器电路。
从晶体管源引脚到运算放大器输入的负反馈调节流经 r1 的电流值。
负载电流为：
当r1 = 10 ?且vin = 1.2 v时，iload可在 0 ma至 120 ma范围内进行编程，分辨率为 7 μa（14 位时的 1 lsb）。
图 3. 基于 howland 电流源的双极性电流源（未显示去耦和所有连接）
第三个电路如图 3所示，它使用 16 位dac ad5543作为输入 级，并使用howland电流泵电路作为输出级。与mosfet输出相比，howland电流泵有两个优势：高输出阻抗和提供双极性输出电流的能力。为了提高稳定性，该电路一般是对称的。因此，r1 = r1'，r2 = r2'，r3 = r3'。
当r1 = 150 k?、r2 = 15 k?、r3 = 50 ?且vin = 5 v时，iload可在 0 ma至 20 ma范围内进行编程，分辨率为 300 μa（16位时的 1 lsb），而且该电路具有非常高的输出阻抗。
为了适当分开dac与运算放大器并达到理想的性能，所有三个电路都必须采用出色的布局、接地和去耦技术。
常见变化 为了获得更大或更小的电流输出范围，两个电路均可以使用其它基准电压源（参见基准电压源选择和评估向导）。请注意，由于dac架构原因，正基准电压输入将产生负输出电流。虽然许多dac都可以用来优化设计的速度、精度等特性，但ad5543和ad5446之类的cmos电流输出dac可提供更大的灵活性和低风险解决方案。
至于运算放大器，如果设计的输出信号范围相对较小，则cmos 放大器应当是合适的。如果需要高输入阻抗，fet 输入运算放大器是不错的选择。无论何种情况，均需要精密放大器来保持 14 位至 16 位精度。
第一届中亚IPv6产业峰会圆满召开，乌兹别克斯坦mobiuz SRv6中亚首商用发布
无人机行业三巨头争霸 大疆稳扎稳打一骑绝尘
上海贝岭推出全新电容隔离型数字隔离器系列产品
英伟达游戏业务销售额达到25亿美元
TP-Link TL-WR740N路由器WDS桥接设置
3种利用DAC、运放和MOSFET晶体管构建多功能高精度可编程电流源
雷军又在蕴量大招？MIUI 9正在攻坚App将会显示层级
如何使用正确的示波器采集模式
“新的T-Mobile”将制定新的15美元2GB和25美元5GB服务计划
tlc7528应用电路
采购电感元件的常识-(必备知识)
康佳公司2020年上半年彩电业务营收32.18亿元,同比下降16.30%
HT-LA433在线微量氧分析仪
JBL头戴式耳机可实现太阳能与室内灯光充电
鸿海董事长郭台铭拜会美国白宫，究竟为何？
采集针胶套测试仪
基于室外LED照明系统的分析建模研究
固态电池战激烈：日系一马当先，韩系开始抱团，德系加入竞争
FLIR携全新OEM机芯产品亮相第八届国际光电展
中国联通与小米将联合推出Wi-Fi 6路由器AX3600