带隙基准电压源(如何选择基准电压源)
为何需要基准电压源这是一个模拟世界 。无论汽车、微波炉还是手机,所有电子设备都必须以某种方式与“真实”世界交互 。为此,电子设备必须能够将真实世界的测量结果(速度、压力、长度、温度)映射到电子世界中的可测的量(电压) 。当然,要测量电压,您需要一个衡量标准 。该标准就是基准电压 。对系统设计人员而言,问题不在于是否需要基准电压源,而是使用何种基准电压源?
基准电压源只是一个电路或电路元件,只要电路需要,它就能提供已知电位 。这可能是几分钟、几小时或几年 。如果产品需要采集真实世界的相关信息,例如电池电压或电流、功耗、信号大小或特性、故障识别等,那么必须将相关信号与一个标准进行比较 。每个比较器、ADC、DAC或检测电路必须有一个基准电压源才能完成上述工作 (图 1) 。将目标信号与已知值进行比较,可以准确量化任何信号 。
图 1. ADC 的基准电压源的典型用法
基准电压源规格基准电压源有很多形式并提供不同的特性,但归根结底,精度和稳定性是基准电压源最重要的特性,因为其主要作用是提供一个已知输出电压 。相对于该已知值的变化是误差 。基准电压源规格通常使用下述定义来预测其在某些条件下的不确定性 。
初始精度
在给定温度 (通常为25°C)下测得的输出电压的变化 。虽然不同器件的初始输出电压可能不同,但如果它对于给定器件是恒定的,那么很容易将其校准 。
温度漂移该规格是基准电压源性能评估使用最广泛的规格,因为它表明输出电压随温度的变化 。温度漂移是由电路元件的缺陷和非线性引起的,因此常常是非线性的 。
对于许多器件,温度漂移 TC (以 ppm/°C 为单位) 是主要误差源 。对于具有一致漂移的器件,校准是可行的 。关于温度漂移的一个常见误解是认为它是线性的 。这导致了诸如“器件在较小温度范围内的漂移量会较少”之类的观点,然而事实常常相反 。TC一般用“黑盒法”指定,以便让人了解整个工作温度范围内的可能误差 。它是一个计算值,仅基于电压的最小值和最大值,并不考虑这些极值发生的温度 。
对于在指定温度范围内具有非常好线性度的基准电压源,或者对于那些未经仔细调整的基准电压源,可以认为最差情况误差与温度范围成比例 。这是因为最大和最小输出电压极有可能是在最大和最小工作温度下得到的 。然而,对于经过仔细调整的基准电压源(通常通过其非常低的温度漂移来判定),其非线性特性可能占主导地位 。
例如,指定为100ppm/°C的基准电压源倾向于在任何温度范围内都有相当好的线性度,因为元件不匹配引起的漂移完全掩盖了其固有非线性 。相反,指定为 5ppm/°C 的基准电压源,其温度漂移将以非线性为主 。
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