基于MAX6126的儀用精密恒流源設(shè)計(jì)

1 引言
    發(fā)光二極管(LED)在諸如葉綠素儀、二氧化碳檢測(cè)儀、血糖檢測(cè)儀、生化分析儀中作為光源，根據(jù)物質(zhì)對(duì)光的吸收原理檢測(cè)某種物質(zhì)。如果光源強(qiáng)度隨著時(shí)間存在較大波動(dòng)，儀器測(cè)量精度受到很大影響，所以光源發(fā)光強(qiáng)度的穩(wěn)定性非常重要。一般情況下，LED光源發(fā)光強(qiáng)度較弱，物質(zhì)對(duì)光的吸收相對(duì)較少，為了提高儀器的測(cè)量精度和可靠性，必須保證LED光源發(fā)光的穩(wěn)定性。根據(jù)LED的發(fā)光機(jī)理，相比于恒壓驅(qū)動(dòng)，恒流驅(qū)動(dòng)能更好保證LED發(fā)光穩(wěn)定，所以，對(duì)這類儀器的光源一般采用恒流驅(qū)動(dòng)。LED光源的驅(qū)動(dòng)電流較小(一般為20~40 mA)，而且這類儀器的光源數(shù)量一般在2個(gè)以上，使用時(shí)需要多個(gè)光源輪流發(fā)光，根據(jù)儀器光源的以上特點(diǎn)及對(duì)穩(wěn)定性的要求，設(shè)計(jì)了一種基于MAX6126的恒流源電路，該電路不但可提供恒定的電流，還可實(shí)現(xiàn)多個(gè)LED光源的輪流發(fā)光。

2 器件簡(jiǎn)介
2．1 MAX6126簡(jiǎn)介
    MAX6126是由美國(guó)Maxim公司生產(chǎn)的一款串聯(lián)型電壓基準(zhǔn)，它具有超低噪聲、高精度、低壓差等特點(diǎn)。MAX6126具有曲率校正電路、光刻薄膜電阻，最大溫度系數(shù)為3 ppm/℃，最大初始精度為±0．02％。特有的低噪聲基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)使得低噪聲擺幅達(dá)到1.3μVP-P，寬帶噪聲低至并可通過(guò)在噪聲抑制引腳外加一個(gè)0．1μF的電容，使寬帶噪聲進(jìn)一步降到它可提供10mA輸入／輸出電流，具有最大0．025Ω的輸出電阻，200 mV的低壓差以及最大20μV／V的輸入調(diào)節(jié)。MAX6126消耗電源電流的典型值為380μA，具有2．048 V、2．500 V、3．000 V、4．096 V和5．000 V的輸出電壓選項(xiàng)。MAX6126可在CLOAD為0．1～10μF范圍保證工作穩(wěn)定，具有20 ppm／l 000 h長(zhǎng)期穩(wěn)定性。該器件工作于-40℃~+125℃汽車級(jí)溫度范圍，主要應(yīng)用于自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ATE)、數(shù)字電壓表、高精度工業(yè)與過(guò)程控制、高精度基準(zhǔn)、高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器與D／A轉(zhuǎn)換器和精密電流源等領(lǐng)域。
2．2 MAX6126引腳排列及功能
    MAX6126有8個(gè)引腳，有2種封裝形式，其引腳排列如圖1所示，功能描述如表l所示。

3 恒流源電路
3．1 硬件設(shè)計(jì)
    以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LED的恒流源為例．說(shuō)明恒流源的硬件設(shè)計(jì)和工作原理，如圖2所示。該恒流源電路主要由電源基準(zhǔn)MAX6126、三極管VQ1、電阻R1和模擬開(kāi)關(guān)MAX4066組成。其工作原理是，具有電壓反饋功能的MAX6126通過(guò)OUTS端實(shí)時(shí)對(duì)采樣電阻R1兩端的電壓采樣，并反饋到其內(nèi)部，根據(jù)采集到的電壓值相應(yīng)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器的OUTF端輸出電壓，同時(shí)利用三極管VQ1平坦的輸出特性，保證輸出電流的穩(wěn)定。電阻R1根據(jù)所需的驅(qū)動(dòng)電流大小和0UTF端的輸出電壓確定。4個(gè)LED光源分別為L(zhǎng)EDl、LED2、LED3和LED4，每個(gè)光源的典型工作電流約20mA，4個(gè)LED的正極與Vcc相連，LED的負(fù)極分別與模擬開(kāi)關(guān)MAX4066的4個(gè)通道相連，MAX4066通道的另一端與三極管VQ1的集電極相連，Vcc為+5 V電壓。數(shù)字信號(hào)控制MAX4066的每個(gè)通道的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)LED的選通。該恒流源的驅(qū)動(dòng)電流大小為：Iout=Vout/R1

3．2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    根據(jù)恒流源電路原理圖搭建電路，通過(guò)檢測(cè)LED光源發(fā)光強(qiáng)度驗(yàn)證恒流源電路的穩(wěn)定性。Ul選擇型號(hào)為MAX6l2682l的電壓基準(zhǔn)，輸出電壓為2．048 V：U2選擇Maxim公司的低電壓、4路、SPST、CMOS模擬開(kāi)關(guān)MAX4066，該器件5 V供電，最大工作電流30 mA；C1為0．1μF的獨(dú)石電容；VQ1為2N3904型的三極管；R1為150 Ω的高精密電阻；光源分別為紅、黃、綠和近紅外4種LED，Vcc為+5 V。模擬開(kāi)關(guān)的通斷由單片機(jī)控制，LED發(fā)射的光由光電檢測(cè)電路檢測(cè)，并由單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)到的電壓值進(jìn)行采集，A／D轉(zhuǎn)換為12位。4個(gè)LED輪流發(fā)光，并依次采集代表光強(qiáng)的電壓值，每10 min采集一次，共采集20次。如圖3所示。

    圖3是檢測(cè)得到的代表LED發(fā)光強(qiáng)度的電壓值，每個(gè)LED共有20個(gè)數(shù)據(jù)，整個(gè)采集過(guò)程共耗時(shí)200 min。檢測(cè)得到的LEDl發(fā)光強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差為0．004 V，LED2為O．002 V，LED3為0．014 V，LED4為0．008 V。因此，在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)LED光源發(fā)光強(qiáng)度仍能夠保持穩(wěn)定，該恒流源具有很好的穩(wěn)定性。
3．3 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題
    繪制電路板時(shí)．MAX6126的I．C．*引腳與外界不連接，懸空；為了減小儀器功耗，R1的阻值和MAX6126的基準(zhǔn)電壓應(yīng)盡量小；選擇R1時(shí)，應(yīng)根據(jù)所選模擬開(kāi)關(guān)的特性確定R1的最小值。例如，模擬開(kāi)關(guān)MAX4066所承受的最大電流為30 mA，當(dāng)MAX6126基準(zhǔn)電壓為2．048 V時(shí)，應(yīng)保證阻值不小于70Ω；模擬開(kāi)關(guān)的選擇應(yīng)根據(jù)具體的LED的數(shù)據(jù)來(lái)選擇模擬開(kāi)關(guān)的通道數(shù)，應(yīng)盡量選擇導(dǎo)通電阻小、最大電流大的模擬開(kāi)關(guān)，但對(duì)于驅(qū)動(dòng)一般的LED光源，MAX4066能夠滿足要求。

4 結(jié)語(yǔ)
    MAX6126所特有的曲率矯正功能，以及超低噪聲、高精度、低壓差等特點(diǎn)，使基于MAX6126的恒流源無(wú)論是在穩(wěn)定性，還是功耗上都取得了比較理想的效果。針對(duì)物質(zhì)分析儀器所開(kāi)發(fā)的恒流源，具有電路簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)提高儀器的精度起到了很重要的作用。