CN109709362A - 利用dac实现模拟电阻的电路 - Google Patents

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董健
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董伟
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Abstract

本发明涉及元器件技术领域,尤其涉及一种利用DAC实现模拟电阻的电路,包括取样电阻、取样放大电路、DAC芯片、控制系统和电压输出电路,取样电阻对外部设备输入的激励电流进行取样,取样放大电路对取样电阻的取样信号进行放大并提供给DAC芯片作为基准电压,控制系统根据要求的模拟电阻值控制DAC芯片输出电压信号,电压输出电路包括滤波单元和MOS管,滤波单元对电压信号进行滤波处理,MOS管连接在滤波单元的输出端和外部设备之间。本发明可以对阻值进行数字化设置,既适用于一般大电阻场合,更适用于大功率的小电阻场合。

Description

利用DAC实现模拟电阻的电路
技术领域
本发明涉及模拟电阻技术领域,尤其涉及一种利用DAC实现模拟电阻的电路。
背景技术
电阻是一种线性元件,在一定条件下,流经一个电阻的电流与电阻两端的电压成正比,即欧姆定律:R=U/I,电阻的单位是欧姆,用符号“Ω”表示。
作为一种最基本的电子元器件,电阻被广泛应用到模拟电路中,其作用有限流,分流,分压,偏置,滤波,阻抗匹配等;在实际应用中,比如:阻抗匹配,滤波参数调整,此时常常会需要调整电阻的阻值。常用的电阻种类有固定电阻、电阻箱、机械电位器、数字电位器等。
固定电阻的阻值固定,实际应用中若是需要调整阻值,必须更换电阻,比较麻烦;
电阻箱是通过切换档位开关来改变串联电阻的阻值和个数,来获取一定电阻值的电学仪器,其体积大,价格相对较贵,一般作为实验室或者精密电路测量时的标准电阻使用;
机械电位器阻值可调,价格相对电阻箱来说便宜,缺点是阻值需要通过万用表测量才能读出阻值大小,且分辨率低,阻值温漂大;
随着数字化电路的普及,数字电位器逐渐取代机械电位器,数字电位器通过数字输入控制输出电阻,但目前而言仍存在阻值较大,分辨率低,既不适合低电阻值的精细调整,也不能满足大功率场合等缺点,且目前数字电位器也只能够提供的最高分辨率是10位或1024抽头。
发明内容
本发明提供了一种利用DAC实现模拟电阻的电路,通过使用高分辨率的DAC芯片,得到分辨率高的,可数字化设置的模拟电阻。
为了实现本发明的目的,所采用的技术方案是:利用DAC实现模拟电阻的电路,包括取样电阻R1、取样放大电路、DAC芯片、控制系统和电压输出电路,取样电阻R1对外部设备输入的激励电流I进行取样,取样放大电路对取样电阻R1的取样信号进行放大并提供给DAC芯片作为基准电压,控制系统根据要求的模拟电阻值控制DAC芯片输出电压信号,电压输出电路包括滤波单元和MOS管Q1,滤波单元对电压信号进行滤波处理,MOS管Q1连接在滤波单元的输出端和外部设备之间。
作为本发明的优化方案,MOS管Q1为N沟道MOS管。
作为本发明的优化方案,DAC芯片输出的电压值U:
其中:D为控制系统依据设置的电阻值输出的相应的控制字,a为DAC芯片的位数,Vref为取样放大电路提供的基准电压值。
作为本发明的优化方案,滤波单元包括第四电阻R4、第五电阻R5、第二电容C2、第三电容C3和第一运算放大器U1,第四电阻R4的一端连接DAC芯片,第四电阻R4的另一端连接第五电阻R5的一端和第三电容C3,第五电阻R5的另一端连接第一运算放大器U1的负极输入端,第二电容C2连接在第一运算放大器U1的负极输入端和第一运算放大器U1的输出端之间,第一运算放大器U1的输出端与MOS管Q1的栅极连接,MOS管Q1的漏极与外部设备相连,MOS管Q1的源极与取样电阻R1相连。
作为本发明的优化方案,取样放大电路包括第二运算放大器U2,第二运算放大器U2的输出端通过第七电阻R7与DAC芯片相连,第二运算放大器U2的正极输入端通过第十电阻R10与取样电阻R1相连。
本发明的实现原理是:依据欧姆定律:R=U/I,其中电流I为外部电路或设备的驱动电流,设置的电阻确定后,在外部模拟电阻的端口输出相应的电压,从而达到模拟电阻的目的。
本发明具有积极的效果:1)本发明使用取样电阻对外部设备的激励电流进行测量,作为DAC芯片基准,相比通过I/V转换并通过ADC对激励电流进行测量的方案,此电路结构简单,成本低,不必使用高精度的电压基准和ADC;
2)本发明应用范围广,本发明可以对阻值进行数字化设置,既适用于一般大电阻场合,更适用于大功率的小电阻场合,如电子负载等;
3)本发明可以通过提高DAC芯片的位数,提高模拟电阻的分辨率,大大缩减了电路设计成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的整体原理框图;
图2为本发明的电路原理图。
其中:2、取样放大电路,3、DAC芯片,4、控制系统,5、电压输出电路,6、外部设备。
具体实施方式
如图1-2所示,本发明公开了一种利用DAC实现模拟电阻的电路,包括取样电阻R1、取样放大电路2、DAC芯片3、控制系统4和电压输出电路5,取样电阻R1对外部设备6输入的激励电流I进行取样,取样放大电路2对取样电阻R1的取样信号进行放大并提供给DAC芯片3作为基准电压,控制系统4根据要求的模拟电阻值控制DAC芯片3输出电压信号,电压输出电路5包括滤波单元和MOS管Q1,滤波单元对电压信号进行滤波处理,MOS管Q1连接在滤波单元的输出端和外部设备6之间。
比如:产生一个量程范围为100Ω~400Ω的模拟电阻,DAC芯片3即图2中的U3,U3选取16位的DAC芯片MAX5216,取样电阻R1选10Ω的低温漂电阻,取样放大电路2的放大倍数为40倍。
假设外部设备6给定的激励电流为1mA,取样电阻R1的取样电压为10mV,经过45倍的放大,此时,取样放大电路2提供给DAC芯片3的基准电压Vref是450mV。
DAC芯片3输出的电压值U:
其中:D为控制系统4依据设置的电阻值输出的相应的控制字,a为DAC芯片3的位数,Vref为取样放大电路2提供的基准电压值。控制系统4根据公式1提供控制字给DAC芯片3,则DAC芯片3输出电压最小:DAC芯片3输出电压最大: 当需要产生100Ω的模拟电阻时,DAC芯片3输出产生100mV的电压给外部设备6,外部设备6的电阻R为当需要产生400Ω的模拟电阻时,DAC芯片3输出产生400mV的电压给外部设备6,外部设备6的电阻R为此时,利用DAC实现模拟电阻的电路分辨率为:
如图2所示,滤波单元包括第四电阻R4、第五电阻R5、第二电容C2、第三电容C3和第一运算放大器U1,第四电阻R4的一端连接DAC芯片3,第四电阻R4的另一端连接第五电阻R5的一端和第三电容C3,第五电阻R5的另一端连接第一运算放大器U1的负极输入端,第二电容C2连接在第一运算放大器U1的负极输入端和第一运算放大器U1的输出端之间,第一运算放大器U1的输出端与MOS管Q1的栅极连接,MOS管Q1的漏极与外部设备6相连,MOS管Q1的源极与取样电阻R1相连。
取样放大电路2包括第二运算放大器U2,第二运算放大器U2的输出端通过第七电阻R7与DAC芯片3相连,第二运算放大器U2的正极输入端通过第十电阻R10与取样电阻R1相连。MOS管Q1为N沟道MOS管。外部设备6的激励电流I通过端口OutM+加到MOS管Q1上,取样电阻R1对激励电路进行取样,经过取样放大电路2进行放大给DAC芯片3作为基准电压,DAC芯片3的片选信号时钟信号SCLK和数据信号DIN由控制系统4控制,即控制系统4输出控制字D。DAC芯片3输出的电压经滤波单元进行低通滤波送给外部设备6。
取样电阻R1可以采用低温漂高精度电阻,既能降低环境温度对模拟电阻的影响有确保输出精度。MOS管Q1采用低内阻的N沟道MOS管,相比运放输出电压方式适用范围更广,本电路若作为电子负载等大功率的场合使用时,可根据实际回路中的电流,选择合适功率的MOS管Q1及相应的散热方式。
此电路作为电子负载使用时,需要根据实际回路中的电流,选择合适功率的MOS管Q1和取样电阻R1,同时考虑对MOS进行散热,并考虑取样信号的放大倍数,确保Vref的值不超过DAC规格书中的要求。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.利用DAC实现模拟电阻的电路,包括取样电阻R1、取样放大电路(2)、DAC芯片(3)、控制系统(4)和电压输出电路(5),取样电阻R1对外部设备(6)输入的激励电流I进行取样,取样放大电路(2)对取样电阻R1的取样信号进行放大并提供给DAC芯片(3)作为基准电压,控制系统(4)根据要求的模拟电阻值控制DAC芯片(3)输出电压信号,所述的电压输出电路(5)包括滤波单元和MOS管Q1,所述的滤波单元对电压信号进行滤波处理,所述的MOS管Q1连接在滤波单元的输出端和外部设备(6)之间。
2.根据权利要求1所述的利用DAC实现模拟电阻的电路,其特征在于:所述的MOS管Q1为N沟道MOS管。
3.根据权利要求1或2所述的利用DAC实现模拟电阻的电路,其特征在于:DAC芯片(3)输出的电压值U:
其中:D为控制系统(4)依据设置的电阻值输出的相应的控制字,a为DAC芯片(3)的位数,Vref为取样放大电路(2)提供的基准电压值。
4.根据权利要求1或2所述的利用DAC实现模拟电阻的电路,其特征在于:所述的滤波单元包括第四电阻R4、第五电阻R5、第二电容C2、第三电容C3和第一运算放大器U1,第四电阻R4的一端连接DAC芯片(3),第四电阻R4的另一端连接第五电阻R5的一端和第三电容C3,第五电阻R5的另一端连接第一运算放大器U1的负极输入端,第二电容C2连接在第一运算放大器U1的负极输入端和第一运算放大器U1的输出端之间,第一运算放大器U1的输出端与MOS管Q1的栅极连接,MOS管Q1的漏极与外部设备(6)相连,MOS管Q1的源极与取样电阻R1相连。
5.根据权利要求1或2所述的利用DAC实现模拟电阻的电路,其特征在于:所述的取样放大电路(2)包括第二运算放大器U2,第二运算放大器U2的输出端通过第七电阻R7与DAC芯片(3)相连,第二运算放大器U2的正极输入端通过第十电阻R10与取样电阻R1相连。
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