系統(tǒng)性能受限于基準(zhǔn)?試試“特點(diǎn)+規(guī)格”這個(gè)組合吧

大多數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員都在電路設(shè)計(jì)中使用了電壓基準(zhǔn)，雖然很多人都同意“性能有可能最終受限于基準(zhǔn)”的說法，但似乎并不清楚其中的原因。由于市面上供應(yīng)的基準(zhǔn)產(chǎn)品非常之多，因此設(shè)計(jì)人員在選擇時(shí)往往基于價(jià)格與精度的權(quán)衡折衷，并僅僅將初始準(zhǔn)確度和 TC(溫度系數(shù))規(guī)格用作精度的衡量尺度。隨著技術(shù)、應(yīng)用的發(fā)展，電壓基準(zhǔn)也有所發(fā)展，就重要性而言，諸如噪聲、熱穩(wěn)定性、負(fù)載和電壓調(diào)節(jié)以及尺寸等要求與顯而易見的精度規(guī)格同樣重要、甚至重要性更高。所以如今再沿用老式的電壓基準(zhǔn)IC進(jìn)行設(shè)計(jì)，就無法滿足系統(tǒng)所需的性能要求了。

電壓基準(zhǔn)是任何混合信號設(shè)計(jì)的核心，它設(shè)定了對任何信號進(jìn)行評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，因而確定了系統(tǒng)性能的極限。傳統(tǒng)上，基準(zhǔn)最明顯的規(guī)格可以反映其總體平均性能，但是并不全面，還有一些影響系統(tǒng)性能的特點(diǎn)，雖然影響方式很細(xì)微，但同樣重要。例如在高分辨系統(tǒng)中，噪聲指標(biāo)的重要性就有可能超出絕對輸出;在汽車電路中，安全承受高電壓或驅(qū)動(dòng)重負(fù)載的能力，也許和精度一樣重要。許多系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員并未意識(shí)到，某些新型基準(zhǔn)產(chǎn)品專門針對這些特殊應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，例如ADI的串聯(lián)基準(zhǔn)電壓LT6654、LTC6655 和 LT6656就選擇了特點(diǎn)與規(guī)格相結(jié)合的組合，可使它們與常見的應(yīng)用兼容。

在下圖中可以看到，除了許多標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)如高精度、低壓差和面積小尺寸外，LT6654、LTC6655 和 LT6656這三款基準(zhǔn)還具有專用特點(diǎn)的不同組合，例如極低的噪聲、寬溫度范圍或?qū)掚娫捶秶?，本文將介紹幾種典型的系統(tǒng)以及它們所需的特點(diǎn)。

滿足測試測量系統(tǒng)不打折扣的高精度

測試和測量系統(tǒng)要求不打任何折扣的最高精度及穩(wěn)定性，它們還必須擁有盡可能低的噪聲以確保實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的測量，實(shí)例包括高精度萬用表、電子天平和自動(dòng)化測試設(shè)備。在正常情況下，齊納基準(zhǔn)是上佳的選擇，然而很多系統(tǒng)并不具備齊納基準(zhǔn)所要求的供電余量，而且齊納基準(zhǔn)的可用輸出電壓數(shù)目有限，在需要低壓差基準(zhǔn)或輸出電壓低于5V的場合。精準(zhǔn)基準(zhǔn)

LTC6655表現(xiàn)出色，而且還達(dá)到了齊納基準(zhǔn)的精度和穩(wěn)定性，憑借0.025%的準(zhǔn)確度、2ppm/℃ 的漂移以及所有基準(zhǔn)IC中最低的噪聲，提供了出眾的性能和靈活性，其極低的噪聲典型值僅為1/4 ppm，低于任何其他電壓基準(zhǔn)，從而使其成為ADI的LTZ1000超級齊納基準(zhǔn)同等系列級別的產(chǎn)品。

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，低頻噪聲是最難消除的，因?yàn)楦哳l噪聲可利用平均處理有效地濾出或降低。LTC6655僅具有500mV的壓差，因而與低電壓電源兼容。此外，它還擁有7種輸出電壓選項(xiàng)，卓越的熱遲滯 電壓抑制和負(fù)載調(diào)節(jié)性能，并在3種溫度條件下，進(jìn)行了全面的測試以確保其品質(zhì)。在電源電壓不斷下降的趨勢下，LTC6655實(shí)現(xiàn)了極高的性能。如需更低噪聲，則可并聯(lián)連接多個(gè)LTC6655器件，如下圖所示，噪聲以基準(zhǔn)數(shù)目的平方根而下降，因此該電路的噪聲為一個(gè)基準(zhǔn)的典型噪聲的一半。

輕松應(yīng)對汽車和工業(yè)應(yīng)用中的高電源電壓

汽車和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)群驮肼曇罂赡苡兴煌ǔＪ窍喈?dāng)嚴(yán)格的，真正的困難在于有可能會(huì)有很高的電源電壓，例如工業(yè)系統(tǒng)或汽車負(fù)載突降故障。另一項(xiàng)挑戰(zhàn)就是需要在很寬的溫度范圍內(nèi)提供高性能，這可能從-40℃至125℃或更高溫。低噪聲基準(zhǔn)LT6654可以符合非常寬范圍的要求，它具有0.05%的準(zhǔn)確度、10ppm/℃的漂移和僅1.6ppm的噪聲，該器件能在寬電源范圍內(nèi)運(yùn)作，從僅比基準(zhǔn)電壓高100mV至高達(dá)36V，輸出驅(qū)動(dòng)電流為10mA，具有8ppm/mA的負(fù)載調(diào)整率，并在整個(gè)頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了卓越的電壓抑制和負(fù)載調(diào)節(jié)性能，這些特點(diǎn)可有助于滿足諸如大電流注入測試和抗電源噪聲等特殊要求。此器件也可用作精準(zhǔn)的穩(wěn)壓器，以實(shí)現(xiàn)最佳的總體系統(tǒng)性能。當(dāng)然，其技術(shù)規(guī)格針對-40℃至125℃的溫度范圍，并采用SOT-23封裝，因此幾乎可在任何地方使用?？傊琇T6654具有最佳的整體特性組合，因而能夠合適非常寬廣的應(yīng)用范圍。

完美匹配有低功率、高精度要求的便攜式應(yīng)用

便攜式和遠(yuǎn)程安裝系統(tǒng)需要使用非常低的功率但要保持高精度。低功率、高精度和堅(jiān)固性設(shè)計(jì)(可容許電池系統(tǒng)中的常見故障情況)的組合對設(shè)計(jì)人員的基準(zhǔn)IC選擇造成了嚴(yán)重的限制。串聯(lián)電壓基準(zhǔn)LT6656是一款獨(dú)特的器件，在<1μA的電源電流下具有0.05%準(zhǔn)確度和10ppm/℃漂移，盡管功率不高，但它能提供高達(dá)5mA的輸出驅(qū)動(dòng)電流，因此也是一款精準(zhǔn)的穩(wěn)壓器，并可用于給電路供電和提供一個(gè)基準(zhǔn)。

另外 它還能承受電源和輸出反向，而不會(huì)吸收大量的電流，這種特點(diǎn)組合確保了性能和可靠性，能夠解決一度曾經(jīng)被認(rèn)為是很難解決的設(shè)計(jì)難題。當(dāng)把某個(gè)基準(zhǔn)推至其性能極限時(shí)，一些細(xì)微的影響將會(huì)導(dǎo)致誤差的增加，這些影響包括由于熱效應(yīng)如IR回流焊和熱遲滯所引起的輸出電壓漂移以及IC組件的長期漂移，而了解這些對于產(chǎn)品的成功設(shè)計(jì)可謂至關(guān)重要。ADI的芯片數(shù)據(jù)手冊詳細(xì)描述了這些影響，并提供了指引以實(shí)現(xiàn)期望的漂移以及改善穩(wěn)定性的方法。ADI公司在這些高精度產(chǎn)品中，傾注了數(shù)十載的設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)會(huì)，并制造了一些當(dāng)今世界上最高性能的基準(zhǔn)產(chǎn)品，它們都運(yùn)用了最先進(jìn)的測試方法，在多種溫度條件下進(jìn)行全面測試，以確保這些高性能產(chǎn)品的質(zhì)量。

總結(jié)

面對千差萬別的眾多產(chǎn)品，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇最為合適的電壓基準(zhǔn)可以說是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。ADI提供的這幾款產(chǎn)品均將謹(jǐn)慎選擇的性能和特點(diǎn)，與最高質(zhì)量的制造工藝相結(jié)合，大大簡化了“如何選擇電壓基準(zhǔn)”這一任務(wù)。除此之外，ADI公司提供的基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)品有多種性能和溫度等級，以及幾乎所有已知的封裝類型。從最高精度產(chǎn)品到小型廉價(jià)產(chǎn)品，應(yīng)有盡有。憑借龐大的基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)品庫，ADI公司的基準(zhǔn)電壓源可滿足幾乎所有應(yīng)用的需求。