一、项目思路

微弱交流电流源是生物医学工程领域经常用到的一种电流源。本项目借助FastBond2活动来设计易于相关爱好者制作的电流源，主要特点：

1. 使用元件简单，成本低廉，易于制作；
2. 程序控制波形产生和频率，使用micropython脚本语言，易于学习掌握，方便非电子专业爱好者使用；

二、方案框图

根据活动要求，使用得捷的Scheme-it来设计框图，非常方便，基本上得捷商城能搜到的物料都有模型，本项目主要框图如下：

得捷网站链接如下：

https://www.digikey.cn/schemeit/project/程控微弱交流电流源-680cb014a05e412db7a678cbc3eae92c

正负5V电源模块为整个系统供电，rp2040通过SPI接口控制AD9833产生正弦信号，通过隔直电容去除信号中的直流分量，然后通过howland电路产生幅值恒定的双极性交流电流。

主要元器件：

• rp2040
• ADI DDS芯片ad9833
• ADI 高性能运放ad8021

主控芯片：rp2040

中文站：https://pico.org.cn/

RP2040 芯片由树莓派自己设计开发，采用 40 nm 制程工艺，7×7 mm QFN-56 封装。RP2040 的设计思想基于多年来树莓派产品和项目中使用的其他供应商设备的优缺点。它主要具备以下 3 个方面的关键优势：

两个快速 CPU 内核。RP2040 具有 一对 ARM Cortex-M0+ 内核，时钟频率为 133 MHz，提供充足的整数性能。用户可以使用一个内核运行应用程序代码，另一个内核监督硬件；也可以使用 FreeRTOS 或 MicroPython 在两个内核上运行应用程序代码。

大量的 RAM。RP2040 拥有 264KB 的 RAM，这使得用户可以专注于实现功能，无需花费时间和精力优化应用程序的大小。其中，一个完全连接的交换机将 ARM 内核和 DMA 引擎连接到六个独立的 RAM 组，使得用户可以充分利用系统的性能。

灵活的 I/O。RP2040 提供所有常用接口：硬件 UART、SPI 和 I2C 控制器、USB 1.1 和四通道 ADC。而可编程 I/O (PIO) 子系统使 RP2040 脱颖而出，支持包括 SDIO、DPI、I2S，甚至 DVI-D 在内的软件实现协议。

DDS芯片：ADI AD9833

官网：https://www.analog.com/cn/products/ad9833.html#product-overview

AD9833是一款低功耗、可编程波形发生器，能够产生正弦波、三角波和方波输出。各种类型的检测、信号激励和时域反射(TDR)应用都需要波形发生器。输出频率和相位可通过软件进行编程，调整简单。无需外部元件。频率寄存器为28位：时钟速率为25 MHz时，可以实现0.1 Hz的分辨率；而时钟速率为1 MHz时，则可以实现0.004 Hz的分辨率。AD9833通过一个三线式串行接口写入数据。该串行接口能够以最高40 MHz的时钟速率工作，并且与DSP和微控制器标准兼容。该器件采用2.3 V至5.5 V电源供电。AD9833具有省电功能。此功能允许关断器件中不用的部分，从而将功耗降至最低。例如，在产生时钟输出时，可以关断DAC。AD9833采用10引脚MSOP封装。

运放芯片：ADI AD8021

官网：https://www.analog.com/cn/products/ad8021.html#product-overview

AD8021是一款出众的高性能、高速电压反馈放大器，可以用于16 bit分辨率系统。AD8021具有低压噪声和低电流噪声 （其典型值分别为2.1 nV/√Hz和2.1 pA/√Hz），是当今的高速低噪声运算放大器产品中静态电源电流（7 mA @ ±5 V）最低的产品。AD8021工作电压范围较宽，为±2.25 V～±12 V，也可以采用5 V单电源供电，因此非常适合高速低功耗仪器仪表。输出禁用引脚可以将静态电源电流进一步降低至1.3 mA。

与同类放大器相比，AD8021不仅技术性能出众，而且价格优势明显，静态电流也低得多。AD8021是一款高速、通用放大器，非常适合各种增益配置，可以用于信号处理链路以及控制环路。AD8021采用标准8引脚SOIC与MSOP封装，工作温度范围为：-40°C～+85°C。

• 低噪声
  输入电压噪声：2.1 nV/√Hz
  输入电流噪声：2.1 pA/√Hz
• 定制补偿
  从G = -1至G = -10具有恒定带宽
• 高速
  200 MHz （G = -1）
  190 MHz （G = -10）
• 低功耗
  对于5 V电源，功耗为34 mW或6.7 mA（典型值）
• 对于5 V电源，功耗为34 mW或6.7 mA（典型值）
• 低失真
  二次谐波：-93 dBc，fc = 1 MHz
  三次谐波：-108 dBc，fc = 1 MHz
• DC精度
  输入失调电压：1 mV（最大值）
  输入失调电压漂移：0.5 μV/°C
• 宽电源电压范围：5 V～24 V
• 低价格
• 采用8引脚SOIC封装与8引脚MSOP封装

三、电路图

暂时省略，后续阶段2加上。

四、总结

fastbond活动非常好，是电子爱好者的天堂，本次希望设计的项目能够给相关爱好者带来参考！