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作者：antonine 由于數字電路、微控制器的飛速發(fā)展，原來(lái)很多由模擬電路完成的任務(wù)變?yōu)橛蓴的；旌想娐穪?lái)完成。模擬信號經(jīng)過(guò)放大、濾波等預處理后送入ADC轉為數字信號，由單片機或DSP進(jìn)行信號處理;由單片機、DSP的計算數字結果經(jīng)由DAC轉化為模擬量對執行器進(jìn)行控制。 在上述信號鏈路中一個(gè)非常重要的環(huán)節就是A/D轉換和D/A轉換，這是連接模擬世界與數字世界的橋梁。在模擬信號與數字信號相互轉換的過(guò)程中，基準電壓芯片起到舉足輕重的作用，它為模擬信號的量化工作提供標準。電子工程師越來(lái)越多地使用不同規格的基準電壓芯片。但是，很多人剛開(kāi)始接觸基準電壓芯片時(shí)感到一籌莫展，甚至有些工程師也只關(guān)心基準電壓芯片的精度(其實(shí)是初始精度)這一指標。 下面我們一起來(lái)揭開(kāi)基準電壓芯片的神秘面紗。 基準電壓芯片的分類(lèi) 從電路拓撲結構來(lái)分，基準電壓芯片可分為串聯(lián)穩壓型和并聯(lián)穩壓型兩種。從內部結構和穩壓原理來(lái)看，可分為齊納二極管型(包括基于齊納二極管的集成基準電壓源)和帶隙式(band-gap)兩類(lèi)。 最簡(jiǎn)單的穩壓芯片就是齊納穩壓二極管，它也是典型的并聯(lián)穩壓結構——負載與基準電壓芯片為并聯(lián)連接。普通的齊納二極管型的基準電源源具有初始精度不太好，噪聲較大等缺點(diǎn)，在當前的電路設計中已經(jīng)很少作為基準電壓源使用。但經(jīng)過(guò)特殊補償、采用深埋工藝的齊納管型基準源，具有很好噪聲指標、非常優(yōu)異長(cháng)期穩定性和溫漂特性，在高端測量領(lǐng)域依然不可替代。例如LM399，其長(cháng)期穩定性達20ppm/1000h，溫漂低至0.3ppm/ ,而性能更好的LTZ1000長(cháng)期穩定性達到驚人0.3ppm/1000h，溫漂達到0.05ppm/ 。這兩款基準電壓源雖已生產(chǎn)了幾十年時(shí)間，但由于其無(wú)與倫比的性能指標，在對基準電壓源要求嚴苛的高精度測量領(lǐng)域，如6位以上萬(wàn)用表、高精度稱(chēng)重等，這兩款芯片直到今天依然不可替代。 在通用電路設計中，帶隙式基準電壓源以其相對低廉的價(jià)格、較高的性能指標得到非常廣泛的應用。從TL431、LM385、LM336等價(jià)格非常便宜的基準源到MAX6535、ADR431、REF5025等性能非常優(yōu)秀的高精度基準電壓源，帶隙式基準電壓源幾乎無(wú)處不在。下圖為帶隙結構示意圖，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)它采用一個(gè)帶有負溫度系數的BE結對帶有正溫度系數的電壓產(chǎn)生器進(jìn)行溫度補償，得到近似零溫度系數的基準電壓源。對帶隙結構感興趣的朋友，可以專(zhuān)門(mén)查閱相關(guān)專(zhuān)著(zhù)，限于篇幅這里不對此展開(kāi)論述。 
現代電壓基準主要參數 長(cháng)期穩定性，之所以將這個(gè)參數排在最前面，是由于這是一個(gè)非常重要但卻被很多人忽視的參數。通常以ppm/1000h為單位，即每1000小時(shí)基準源的輸出變化多少，也就是老化性能。很多國產(chǎn)儀器儀表隨著(zhù)使用時(shí)間越來(lái)越長(cháng)，精度變得越來(lái)越差，有很大一部分原因是由于基準源的老化性能不好。通常這個(gè)參數隨著(zhù)基準源的使用時(shí)間越來(lái)越小，所以有些廠(chǎng)家會(huì )標識第二個(gè)1000小時(shí)的長(cháng)期穩定性指標，如下圖為某精度基準電壓源的老化參數，第二個(gè)1000小時(shí)的老化指標明顯優(yōu)于第一個(gè)1000小時(shí)。
溫度系數，顧名思義指基準源輸出隨溫度變化的指標。根據系統工作溫度范圍，為系統中的ADC、DAC選擇適當溫度系數的基準電壓源非常重要。否則，隨著(zhù)溫度的變化，ADC或DAC將達不到設計的性能指標。另外值得注意的是，基準電壓源的溫度特性通�？梢越�(jīng)過(guò)校正達到更好的指標(由于溫度遲滯等特性，理論上不能完全消除)。 初始精度，指上電時(shí)輸出電壓與標稱(chēng)電壓之間的差值。由于基準源的初始電壓是一個(gè)對外部條件(溫度、輸入電壓等)不太敏感的定值，所以比較容易進(jìn)行校準。與溫度系數、老化指標相比，重要性略差一些。例如前文提到的頂級基準電壓源LTZ1000的初始精度只有4%，比tl431還要差一些，但這不并妨礙它成為頂級基準源。 噪聲，基準源的噪聲通常是隨機噪聲，但也可能包含閃爍噪聲和其它寄生噪聲源，在電路設計時(shí)需要注意基準源的噪聲處理，防止基準源噪聲對轉化精度造成影響。噪聲的表示方法通常有均方根噪聲和峰峰值噪聲兩種表示方式。 |
