[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

摘要

一种可提供高精度、线性、低噪声的双极性直流电压源装置，包括电源转换模块、双级缓冲稳压输入模块、中央控制单元、高精度数字化电压转换单元、LCD显示单元、上位机程序和操作面板、温控输出单元。本发明实现了应用双级缓冲稳压输入，通过数模分块隔离区域设计降低系统噪声，应用温控技术来提高系统输出的稳定性，利用高精度数字化技术抑制电压输出噪声，解决了当前辐射探测研究中现有直流电压源的线性精度不高和噪声影响较大的难题，实现了其驱动能力高，精度达到20位，分辨率为1ppm，线性误差小于1ppm，信号频率最高10kHz，零电平输出电压噪声小于20μV（小于1LSB）。

主权项

一种低噪声精密双极性直流电压源装置，其特征在于：包括电源转换模块U1、双级缓冲稳压输入模块U2、中央控制单元U3、多参数基准高精度数字化电压转换单元U4、LCD实时显示单元U5、用户终端和温控输出单元U8；所述电源转换模块U1包括+12V、‑12V、+5V、+3.3V电源电压以及可实现+12V转换成+5V、+5V转换成+3.3V的转换电路；所述双级缓冲稳压输入模块U2的输入端与电源转换模块U1相连，用于产生双极性电压参考，其包括用±12V产生+5V_Ref的基准电压芯片A1，+5V_Ref表示+5V的参考电压、与基准电压芯片A1相连的用于产生±10V基准电压的缓冲基准输入的运算放大器A2、与运算放大器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；所述基准电压芯片A1为基准电压源芯片ADR445，所述运算放大器A2为高精度轨到轨运算放大器AD8676，所述运算放大器A3为高精度轨到轨运算放大器AD8676；所述中央控制单元U3用于输入输出控制，为微控制器A5，所述微控制器A5的型号为C8051F340；所述多参数基准高精度数字化电压转换单元U4的输入端接运算放大器A3的输出端，用于噪声抑制，包括接收上述基准参考参数V_REFPF、V_REFPS、V_REFNF、V_REFNS输入并输出电压的数模转换器A4；所述数模转换器A4为配置有独立的正和负基准电压且具有SPI接口的20位数模转换器AD5791；所述LCD实时显示单元U5用于实时显示装置输出结果；所述用户终端为上位机控制程序U6或控制面板U7；所述上位机控制程序U6可通过USB接口与中央控制单元U3通讯，实现用户远程输入控制操作；所述控制面板U7可以向中央控制单元U3发送中断请求、实现用户直接在装置上输入控制操作；所述温控输出单元U8用于实现电压稳定输出，其采用具有超低失调、漂移和电压噪声，轨到轨输出运算放大器AD8675；所述温控输出单元U8的IN‑端与OUT端连接，IN+端与数模转换器A4的Vout端连接，VS‑端通过去耦电容接负电源，VS+端通过去耦电容接正电源。