从主要拓扑看如何选择基准电压源-中国电源产业网-新能源与电源官方网站

从主要拓扑看如何选择基准电压源

2022-03-05

中国电源产业网

导语：电压参考在精密模拟系统中起着至关重要的作用，通常用于设定模数转换器中噪声/分辨率的下限值，适用于仪器仪表、测试和测量以及能量计量等应用中的精密测量系统。对于设计工程师来说，供应商提供的产品组合可能包含众多芯片可供选择，令人眼花缭乱。设计中存在很多误区，它们可能悄无声息地让您无法达成想要达到的μV或nV噪声精度目标。本文通过最基本的电压源的拓扑结构，提供电压源的选择基本基准参考。

电压参考在精密模拟系统中起着至关重要的作用，通常用于设定模数转换器中噪声/分辨率的下限值，适用于仪器仪表、测试和测量以及能量计量等应用中的精密测量系统。对于设计工程师来说，供应商提供的产品组合可能包含众多芯片可供选择，令人眼花缭乱。设计中存在很多误区，它们可能悄无声息地让您无法达成想要达到的μV或nV噪声精度目标。本文通过最基本的电压源的拓扑结构，提供电压源的选择基本基准参考。

● 并联型电压基准源

并联基准电压源（也称为分流基准电压源）是2端器件，通常设计为在指定电流范围内工作。虽然大多数并联基准电压源是带隙类型并提供多种电压，但可以认为它们与齐纳二极管型一样易用，事实也确实如此。

最常见的电路是将基准电压源的一个引脚连接到地，另一个引脚连接到电阻。电阻的另一个引脚连接到电阻。电阻的另一个引脚连接到电源。这样，它实质上变成一个三端电路。基准电压源和电阻的公共端是输出。电阻电压源和电阻的公共端是输出。电阻的选择必须适当，使得在整个电源范围和负载电流范围内，通过基准电压源的最小和最大电流都在额定范围内。如果电源电压和负载电流变化不大，这些基准电压源很容易用于设计。如果其中之一或二者可能发生重大变化，通常会导致电路实际耗散功率比标称情况所需大得多。从这个意义上讲，它可以被认为像A类放大器一样运作。

并联基准电压源的有点包括：设计简单，封装小，在宽电流和负载条件下具有良好的稳定性。此外，它很容易设计为负基准电压源，并且可以配合非常高的电源电压使用（因为外部电阻会分摊大部分电位)，或配合非常低的电源电压使用(因为输出可以仅低于电源电压几毫伏)。

ADI提供了一系列的并联高精度基准电压产品，这些基准将卓越的准确度和温度稳定性与低噪声和小型封装组合在一起。这些器件的工作方式在功能上等同于齐纳二极管。偏置电流必须设置为高于基准电压的最大静态电流和最大预期负载电流的总和。由于并联基准电压通常是采用一个电阻器来施加偏置，因此它们能够在多种输入电压条件下工作。并联产品包括 LT1004、LT1009、LT1389、 LT1634、LM399 和 LTZ1000。

● 串联型电压基准源

串联基准电压源是三(或更多)端器件。它更像低压差(LDO)稳压器，因此其许多优点是与LDO相同的。最值得注意的是，其在很宽的电源电压范围内消耗相对固定的电源电流，并且只在负载需要时才传导负载电流，这使其成为电源电压或负载电流有较大变化的电路的理想选择。它在负载电流非常大的电路中特别有用，因为基准电压源和电源之间没有串联电阻。此类电压源的缺点是封装尺寸可能较大，但精度更高。

ADI提供了一系列具有低压差、低功耗以及超卓电压调节性能的串联基准电压产品。这些器件是具有与三端稳压器相似功能的基准电压。有些串联基准电压还专为能够在并联模式中运作而进行了相应的设计，采取的方法是对输出引脚施加偏置并将输入引脚置于开路状态。串联模式基准电压的优点在于它们仅从输入电源吸收负载电流和静态电流。ADI提供的串联产品包括LT1460、LT1790、LT1461、LT1021、LT1236、LT1027、LTC6652、LT6660等等。LT1021和LT1019等产品可以用作分流或串联基准电压源。

● 基准电压源的选择

了解所有这些选项之后，如何为应用选择恰当的基准电压源呢？以下是一些用来缩小选择范围的窍门：

→ 电源电压是否非常高？选择并联基准电压源。

→ 电源电压或负载电流的变化范围是否很大？选择串联基准电压源。

→ 是否需要高功效比？选择串联基准电压源。

确定实际温度范围。对于各种温度范围，包括0°C至70°C、-40°C至85°C和-40°C至125°C，精度要求应切合实际。了解应用所需的精度非常重要。这有助于确定关键规格。考虑到这一要求，将温度漂移乘以指定温度范围，加上初始精度误差、热迟滞和预期产品寿命期间的长期漂移，减去任何将在出厂时校准或定期重新校准的项，便得到总体精度。对于要求最苛刻的应用，还可以增加噪声、电压调整率和负载调整率误差。例如，一个基准电压源的初始精度误差为0.1%(1000ppm)，-40°C至85°C范围内的温度漂移为25ppm/°C，热迟滞为200ppm，峰峰值噪声为2ppm，时间漂移为 50ppm/√kHr则在电路建成时总不确定性将超过 4300ppm。在电路通电后的前 1000小时，这种不确定性增加 50ppm。初始精度可以校准，从而将误差降低至3300ppm + 50ppm • √(t/1000小时).

实际电源范围是什么？最大预期电源电压是多少？是否存在基准电压源IC必须承受的故障情况，例如电池电源切断或热插拔感应电源尖峰等？这可能会显著减少可选择的基准电压源数量。

基准电压源的功耗可能是多少？基准电压源往往分为几类：大于 1mA，~500μA，<300μA，<50μA，<10μA，<1μA。

负载电流有多大？负载是否会消耗大量电流或产生基准电压源必须吸收的电流？很多基准电压源只能为负载提供很小电流，很少基准电压源能够吸收大量电流。负载调整率规格可以有效说明这个问题。

安装空间有多少？基准电压源的封装多种多样，包括金属帽壳、塑料封装 (DIP、SOIC、SOT)和非常小的封装，例如采用 2mm x 2mm DFN 的 LT6660。人们普遍认为，较大封装的基准电压源因机械应力引起的误差要小于较小封装的基准电压源。虽然确有某些基准电压源在使用较大封装时性能更好，但有证据表明，性能差异与封装大小没有直接关系。更有可能的是，由于采用较小封装的产品使用的芯片较小，所以必须对性能进行某种取舍以适应芯片上的电路。通常，封装的安装方法对性能的影响比实际封装还要大，密切注意安装方法和位置可以最大限度地提高性能。此外，当 PCB 弯曲时，占位面积较小的器件相比占位面积较大的器件，应力可能更小。（来源：ADI公司）