一、前言

在FastBond2阶段1的分享中，展示了使用Scheme-it绘制的原理图，介绍了程控微弱交流电流源的设计框图，也说明了项目中所使用到的活动规定厂家的芯片。本设计利用ADI公司的高宽带、低噪声运算放大器设计了生物医学、仪器仪表等学科领域常用的微弱正弦交流电流源，带宽可达1MHz，支持输出电流峰峰值100uA~5mA。

想了解阶段1的具体内容可以通过链接跳转：https://www.eetree.cn/project/detail/2041

本文将展示使用kicad设计原理图和PCB，打样PCB板的功能测试和展望。

二、原理图和PCB介绍

项目框图设计由Scheme-it网页绘制，Scheme-it提供了许多模块和芯片的框图，使用起来十分方便，使用了FastBond活动中要求的厂商的芯片ADI公司低噪声、高速运算放大器AD8021，它具有极低的噪声和高宽带，十分适合信号调理电路，官方产品主页：https://www.analog.com/cn/products/ad8021.html#product-overview

这里是Scheme-it分享链接：https://www.digikey.cn/schemeit/project/程控微弱交流电流源-680cb014a05e412db7a678cbc3eae92c

电流源电路有多种架构：

如下图所示，使用了两颗AD8021进行压控电流源（VCCS）的设计，电路架构采用经典的Howland架构。

运放U2的主要作用是形成电压跟随器的作用，隔离输入输出，将输出信号反馈到输入，为了保证高精度，全部电阻均采用0.1%精度、25PPM/℃温漂。运放电源脚采用0.1uF电容进行退耦，在R1电阻和R4电阻上并联NPO 0.1pF电容以提高性能。下图是Howland电流源的简图：

理想电流源的内阻无穷大，当R1/R2=R3/(R4a+R4b)时，利用运放虚短、虚断的特性不难推导出输出电流与输入电压满足如下公式：

通过公式可以知道，为了保证输出电流的精度优于0.01%，运放的输入偏置电压Voff应低于2mV，输入偏置电流应低于1uA，AD8021的输入偏置电流优于0.1uA，输入失调电压优于0.4mV，十分适合本电路的设计。根据公式，本设计输出电流I=Vin/3000Ω

之后绘制PCB如下：

图中在输出管脚通过铺铜形成保护环以降低PCB漏电流的影响，初步目标是能用就OK。

三、成品功能测试

首先是电路板焊接后的样子，两颗钽电容暂时没焊接，电阻用是vishay的金属膜电阻：

输出连接一个1000欧姆的电阻：

电源使用正负5V供电：

输入信号设置正弦波，频率20KHz，峰峰值3V，那么根据之前的公式，输出电流峰峰值应为3V/3000Ω=1mA

测量电阻两端的电压信号如下，理论上峰峰值应为1V，可以看到峰峰值为1.001V，满足设计目标。

四、活动总结

十分感谢硬禾学堂举办的FastBond2活动，让我有机会通过这个平台和大家分享一些电路DIY设计，本次分享只是设计了众多电流源架构中的一种，后续有机会再分享更多的设计，最后希望fastbond活动越办越好。