[发明专利]一种低噪声精密双极性直流电压源及其产生方法

说明书

技术领域

本发明属于直流电压源领域，具体涉及一种可提供高精度、线性、低噪声 的双极性直流电压源装置及其产生方法。

背景技术

在高能物理研究领域中，核辐射探测往往研究的是微观的各种粒子之间的 相互作用或者核反应的具体过程，但是产生的粒子信号往往很微弱，可低至nA， 甚至fA级别，并且反映过程信号持续时间很快，仅仅有几个ns，甚至更快。并 且在某些恶劣环境中，由于各种噪声的存在，有用信号会淹没在噪声中，对微 弱信号的检测测量中，对测试测量系统是一个很大的挑战，电压源作为驱动整 个测试系统的动力源，其抗干扰、噪声性能、精度、线性度、稳定性、纹波特 性是影响测试系统的重要因素。当前使用的线性电源，由于大部分采用电压变 换、整流、滤波等技术，线性度和噪声水平对测试结果影响较大，且体积较大， 人机接口不方便，安装和调试不灵活，不方便使用。

发明内容

本发明目的是在环境复杂的高能物理核辐射探测实验中，为提高现使用线 性电源的性能，而提出一种与传统线性电源使用技术不同的程控式双缓冲低噪 精密线性的双极性直流数字电压源，其输出电压范围-10V∽+10V以及-10V、 +10V两个固定输出，精度20位，分辨率小于1ppm，积分非线性（INL）为±1 LSB、微分非线性（DNL）为±1LSB，较低的噪声水平（<1LSB），信号频率最 高10kHz。并且可用于各种高精度测量以及对电压源噪声有较高要求的直流电压 源方案使用。

本发明的技术解决方案为：

一种低噪声精密双极性直流电压源装置，其发明设计包括为整个系统提供4 种电源电压的电源转换模块U1、与传统技术完全不同的用于双极性电压参考的 双级缓冲稳压输入模块U2、用于输入输出显示控制的中央控制单元U3、用于 噪声抑制的多参数基准高精度数字化电压输出单元U4、用于系统实时显示的 LCD显示单元U5、用户输入终端上位机控制程序U6和控制面板U7以及用于 实现电压稳定输出的温控输出单元U8。

上述为整个系统提供4种电源电压的电压转换模块U1包括系统使用的 +12V、-12V、+5V、+3.3V电压源，电压转换使用传统的电压转换芯片，此处不 在赘述；

上述用于双极性电压输出的高精度基准电压产生模块U2包括用±12V产生 参考电压+5V_Ref的基准电压芯片A1，与A1相连的产生±10V基准电压的缓冲 基准输入的放大器A2，与A2相连的产生后续基准参考参数V_REFPF、V_REFPS、V_REFNF、 V_REFNS的运算放大器A3，A1、A2、A3顺序相连。所述基准芯片A1为美国AD 公司的超低噪的基准电压源芯片ADR445，所述运算放大器A2为AD公司的高 精度轨到轨运算放大器AD8676，实现一级缓冲输入，所述运算放大器A3也为 AD8676，所述AD8676具有低噪声、低温漂和低输入偏置电流特性，实现基准 电压的二次缓冲输入，为整个系统实现基准电压的双级缓冲输入；

上述用于输入输出控制显示的中央控制单元U3就是控制用户终端输入U6、 U7，输出LCD显示单元U5并控制A4的MCU A5。所述A5为Silicon Lab的 微控制器MCUC8051F340；

上述低噪多参数基准高精度数字化电压输出单元U4主要包括接收上述基准 参考参数V_REFPF、V_REFPS、V_REFNF、V_REFNS输入并电压DAC输出的数模转换器A4。 所述A4为配置有独立的正和负基准电压的数模转换器（DAC）AD5791，所述 AD5791是具有SPI接口的20位电压转换器，实现电压的数字化转换；