如何將基準(zhǔn)源噪聲減半

低頻1/f噪聲(LF噪聲)指的是電壓基準(zhǔn)源在10Hz以下的噪聲，設(shè)計(jì)中很難抑制這部分噪聲。通過搭建低通RC濾波器有助于降低LF噪聲，但這需要很大的電容、電阻。電容值較大時(shí)，具有較低的泄漏電阻，該電阻與大阻值電阻相串聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)不受控制的分壓器，從而引起電壓誤差和長期不穩(wěn)定性。大阻值串聯(lián)電阻同樣也會(huì)產(chǎn)生誤差，這種誤差通常是由于漏電流產(chǎn)生了不希望的壓降以及電阻自身的熱噪聲引起的。

多個(gè)基準(zhǔn)源串聯(lián)可以降低LF噪聲。使用多個(gè)電壓源(每個(gè)電壓源等效于一個(gè)直流源和一個(gè)噪聲源)時(shí)，直流電壓線性增加，噪聲源(如果非相關(guān))則是以RMS幾何求和。例如，使用四個(gè)基準(zhǔn)源，每個(gè)基準(zhǔn)源等效于一個(gè)VREF基準(zhǔn)和一個(gè)VNOISE噪聲，則產(chǎn)生如下輸出：

噪聲電壓與直流基準(zhǔn)電壓之減半。

圖1給出了如何將多個(gè)基準(zhǔn)源串聯(lián)，產(chǎn)生一路低噪聲基準(zhǔn)電壓的電路連接。所用電阻采用高穩(wěn)定性的金屬薄膜電阻，所選擇的運(yùn)算放大器具有低噪聲、超低輸入失調(diào)電壓和低溫度系數(shù)。

圖1. 由四路2.5V基準(zhǔn)源串聯(lián)產(chǎn)生10V電壓，輸出分壓后得到2.5V，可使噪聲電壓減半。

兩種類型2.5V電壓基準(zhǔn)源可用于該設(shè)計(jì)。表1和表2所示為使用MAX6037或MAX6143基準(zhǔn)源時(shí)所產(chǎn)生的電壓噪聲。每個(gè)表都顯示了4個(gè)基準(zhǔn)源中每一個(gè)以及組合后產(chǎn)生的0.1Hz至10Hz噪聲電壓(RMS與峰-峰(P-P)值之比的偏差是由于測量P-P值時(shí)測量方法的主觀因素引起的)。

表1. 圖1電路使用MAX6037 2.5V電壓基準(zhǔn)源時(shí)所測得的噪聲電壓 Measurement Points Noise (µVRMS) Noise(µVP-P)
Reduced noise output(op amp, output to V-) 1.0 10
Across Reference A(OUTA to GNDA) 1.9 20
Across Reference B(OUTB to GNDB) 1.6 19
Across Reference C(OUTC to GNDC) 1.7 20
Across Reference D(OUTD to GNDD) 2.7 30

表2. 圖1電路使用MAX6143 2.5V電壓基準(zhǔn)源時(shí)所測得的噪聲電壓 Measurement Points Noise (µVRMS) Noise(µVP-P)
Reduced noise output(op amp, output to V-) 0.27 2.2
Across Reference A(OUTA to GNDA) 0.52 4.7
Across Reference B(OUTB to GNDB) 0.60 4.8
Across Reference C(OUTC to GNDC) 0.50 4.3
Across Reference D(OUTD to GNDD) 0.55 4.7

基準(zhǔn)源串聯(lián)架構(gòu)的附加優(yōu)點(diǎn)是：可以降低由噪聲引起的長期漂移。