JAJA616 回路設計

設計目標

DAC の出力電圧	出力電圧 V_LOAD	最小負荷抵抗 R_LOAD	補償可能な最大ライン抵抗	エラー
0V–5V	0V–10V	1kΩ	R_LOAD の +25%	< 0.25% FSR

設計の説明

この出力検出を備えたプログラム可能な電圧出力回路は、寄生直列抵抗による電圧低下を補償して、負荷の両端に正確な電圧を供給できます。アンプ A1 は、接続されている負荷のハイサイド端とローサイド端からの電圧を帰還して、V_SENSE+ と V_SENSE- との間の電圧を正確にレギュレートします。デジタル / アナログコンバータ (DAC) 出力とディスクリート抵抗により、負荷の両端の電圧が設定されます。この回路は、付加的なライン抵抗が存在する可能性があり、出力電圧を増やすことで補償して負荷に正しい電圧を印加する必要があるアプリケーションで使用されます。この回路を使用する一般的な最終製品として、アナログ出力モジュール、メモリ / 半導体試験装置、分光器、データアクイジション (DAQ) カードが挙げられます。

デザインノート

総合未調整誤差 (TUE) が小さく、アプリケーションに必要な分解能を持つ DAC を選択します。基準電圧を内蔵した DAC (DAC80501 デバイスなど) を使用すると、部品数とソリューションサイズを最小化できます。
負荷およびライン抵抗を駆動するのに十分な出力振幅を得るため、レールツーレール出力を持つ高電圧アンプを選択します。出力誤差に大きく影響しないように、オフセット電圧とオフセット電圧ドリフトが小さくなるようにアンプを設定します。
抵抗のミスマッチは、出力のゲイン誤差に直接寄与します。公差が 0.05% 以下で、熱ドリフトが小さい抵抗を使用します。
付加的なライン抵抗を正しく補償するため、R2:R4 の比は R1:R3 の比とできるだけ精度よく一致させる必要があります。
アンプの電源電圧は、必要な出力電圧、付加的なライン抵抗、最大負荷電流におけるアンプの出力振幅に基づいて選択します。
ゼロスケールでの誤差を減らすため、アンプに負電源を供給することもできます。

設計手順

DAC 電圧と抵抗値に基づいて、V_OUT の伝達関数は次の式で示されます。
R3 には 50kΩ の抵抗を選択します。帰還パスの電流を減らすため、比較的大きな値を選択する必要があります。次に R1 を計算します。
R4 と R2 には、それぞれ R3 と R1 に等しい値を選択します。
最小負荷抵抗とフルスケールの V_LOAD に基づいて、最大負荷電流を計算します。最大負荷電流は、アンプの出力電圧振幅と、回路が補償できる付加的ライン抵抗に影響を及ぼします。
必要な V_CC 電圧は、25% の追加負荷抵抗を駆動し、同時に R_LOAD の両端で電圧レギュレーションを維持できるよう計算されます。V_O,rail は、10mA の負荷電流におけるアンプの V+ からの出力振幅の近似値です。
出力誤差は、DAC TUE、アンプのオフセット電圧、抵抗の公差、基準電圧の初期精度から、二乗和平方根 (RSS) 分析を使用して概算できます。

図 1-1 DC 伝達特性

図 1-2 小信号ステップ応答

図 1-3 10kΩ から 5kΩ への R_LOADの負荷過渡

図 1-4 アンプの V_CC = 13V における付加的ライン抵抗の最大値

デバイス

デバイス	主な特長	リンク	他の使用可能デバイス
DAC
DAC80501	5ppm/°C リファレンス内蔵、16 ビット分解能、1LSB INL、シングルチャネル、電圧出力 DAC	WSON パッケージ封止、高精度基準電圧内蔵、真の 16 ビット、1 チャネル、SPI/I2C 対応、電圧出力 DAC	高精度 DAC (≦ 10MSPS)
DAC81416	5ppm/°C リファレンス内蔵、16 ビット分解能、1LSB INL、16 チャネル、±20V の高電圧出力 DAC	16 チャネル、16 ビット、高電圧出力 DAC、基準電圧内蔵
DAC80508	5ppm/°C リファレンス内蔵、16 ビット分解能、1LSB INL、8 チャネル、電圧出力 DAC	高精度基準電圧内蔵、真の 16 ビット、8 チャネル、SPI 対応、電圧出力 DAC
オペアンプ
OPA196	低オフセット (100µV)、低ドリフト、レールツーレール I/O、2.25V～36V 電源	マルチプレクサ対応入力、シングル、36V、低消費電力、汎用アンプ	オペアンプ
TLV170	低コストのレールツーレール出力、2.7V～36V 電源	コスト重視アプリケーション向け、シングル、36V、1.2MHz、低消費電力オペアンプ
OPA192	高精度、超低オフセット (5µV)、超低ドリフト、レールツーレール I/O、4.5V～36V 電源	高電圧、レールツーレール入出力、5μV、0.2μV/℃、高精度オペアンプ

主要なファイルへのリンク