mA级高精度恒流源模块

1 简述

本项目设计的高精度恒流源，可用于工业、通信和其他设备中的传感器激励和设备间通信等领域。例如，可应用于过程控制设备中的4mA至20mA环路。本项目利用运放和精密电阻构建的恒流源，不仅经济、灵活、小巧，而且初始误差和功耗等性能也都非常出色。

2 用途/应用场景

现存在一种电阻式传感器，其I-V曲线如下图示意：当电流较小时，与电压的关系近似满足一次比例关系，即传感器的电阻值几乎不变；当传感器的激励电流越大，其曲线的斜率开始爬坡下降，直至为0，在这个过程中，传感器的基本电阻属性将发生翻天覆地般的变化。笔者将上面的种情况定义为传感器电流热效应对电阻式传感器基本阻值属性的影响。

为了减少电流热效应对传感器基本属性的影响，实施的方案分为一下两种：

（1）在恒压激励下，增加测量回路中的定值电阻以限制激励电压造成过大电流；

（2）在恒流激励下，选择固定且较低的恒流值作为激励源。

上述两种方案均可行，但若受测传感器或后续复杂拉电流能力过强，在多通道测试种，极其容易造成各路信号之间的串扰现象。本作品以方案（2）实施，使用运放实现了高精度、高稳定的电流源模块，可以直接作为电阻式传感器的变送电路使用，是一款性能优秀的信号采集前级电路模块。

如图为该电路模块的3D示意图，及其简单介绍与使用方法简介：从图中正面可以看出，左端的2P端子为模块的电源接入；右端的端子4P端子为目标传感器（电阻）接入与测量电压输出。

3 优势

本设计基于前级稳压电路和核心运放组成高精密、高稳定和低成本的电流源，在电源接入部分，设计了防反接设计，可有效保护后续电路。

从实物图中，可以明辨具体的焊接细节，设计预留了4处定位孔，除了可以按此安装到机箱/外壳中外，还可以安装垫柱，防止裸板使用过程中，在金属桌面上的短路情况。

本设计为追求极致稳定，在稳压前级中多增加一环REF稳压芯片，为后续稳压电路提供先一步的稳定电压，若追求成本，可以只焊接其上端的0欧姆电阻，以跳过该环节。（具体的R_B参数请参考笔者原理图，原理图基于立创EDA基础版绘制，可以在线导入该图纸进行查阅）

在核心运放环节，使用通用4运放接口，可根据需要选择不同的4运放，笔者这里使用精密4运放RS8554X，任一运放均可，但注意其供电电压应支持电源接入电压，防止电源电压过大，造成芯片损毁。

在后级输出中，为获得稳定的输出，将上述运放中的其中3枚运放用作跟随，以获得稳定的反馈电压与稳定的输出电压。（剩余的1枚运放作为差动放大器，是恒流源的核心部件）

4 参数

根据上述说明，接入电源和受测电阻/传感器即可以从端口OutP和OutN测量电阻/传感器的电压值；

该模块的恒流值用户是可以通过装焊不同的R_S以获得不同的恒流激励，满足式子

例如笔者将10k 0.1% 0603作为R_S，即可获得0.1mA的恒流源。如下图为Keithley DMM6500的测试数据，在负载变化剧烈的情况下，其电流依然保证精准度在正负0.02uA的范围内。

但为了稳定的恒流源，电路应用过程中需要注意负载上的电压应保持低于输入电源的电压。以上述笔者的电路为例，0.1mA支持的负载范围为[0ohm,50kohm]。

为方便使用，将模块基础参数列出，用户可直接参考：