將混合信號電壓基準(zhǔn)提升至更高的電平

作者：Bonnie C. Baker，德州儀器 (TI) 高級工程師

從我的前一篇文章，我們了解到混合信號應(yīng)用的電壓基準(zhǔn)可以成就一個系統(tǒng)，也可以毀掉一個系統(tǒng)。嘈雜或者極不穩(wěn)定基準(zhǔn)的較大影響位于或者靠近轉(zhuǎn)換器的滿量程輸出。通過在市場上尋找較低噪聲、較高精確度的穩(wěn)定基準(zhǔn)源可以改善這一情況——但還是讓我們來努力尋求另一款解決方案吧。目前，現(xiàn)金流有點(diǎn)緊張，而一個小的設(shè)計技巧可以讓我們轉(zhuǎn)危為安。

首先，請想象一下轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)引腳輸入的輸入與輸出。圖 1 顯示了電荷峰值的一個例子，其可出現(xiàn)在轉(zhuǎn)換期間現(xiàn)代 ADC 的電壓基準(zhǔn)引腳上。上方曲線（軌跡 4）為轉(zhuǎn)換器的開始轉(zhuǎn)換信號。如圖 1 所示，轉(zhuǎn)換過程期間，ADC 的電壓基準(zhǔn)引腳（軌跡 1）要求不同數(shù)量的電荷。在該圖中，示波器的低電容探針捕獲到一個 10 kOhm 電阻器中出現(xiàn)的壓降，該電阻器位于 ADC 電壓基準(zhǔn)引腳輸入和電壓基準(zhǔn)輸出之間。ADC 的電壓基準(zhǔn)必須能夠適應(yīng)這些高頻電荷峰值。

圖 1 現(xiàn)代 ADC 基準(zhǔn)輸入引腳的進(jìn)出電流

電壓基準(zhǔn)在二端分流器或三端串聯(lián)配置中有效。圖 2 顯示了這兩個電壓基準(zhǔn)選項(xiàng)之間的差異。圖 2 (a)（二端分流器電壓基準(zhǔn)）所示基準(zhǔn)名稱意味著整個分流器基準(zhǔn) IC 芯片與其負(fù)載并聯(lián)工作。利用一個分流器電壓基準(zhǔn)，您可以將一個輸入電壓施加于連接陰極的電阻器。該器件的典型初始電壓精確度可以低至 0.5% 到 5%，且溫度系數(shù)約為 50 到 100 mV/°C。分流器電壓基準(zhǔn)可能適合于 8 位以下的轉(zhuǎn)換器。

圖 2 二端分流器（a）和三端串聯(lián)（b）電壓基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)圖

圖 2 (b) 所示串聯(lián)電壓基準(zhǔn)與其負(fù)載串聯(lián)工作。一個內(nèi)部帶隙電壓與一個內(nèi)部放大器一起創(chuàng)建了這種基準(zhǔn)的輸出電壓。串聯(lián)電壓基準(zhǔn)產(chǎn)生一個位于輸出和接地之間的輸出電壓，同時向外部負(fù)載提供適當(dāng)?shù)妮敵鲭娏�。隨著負(fù)載電流的增加或減少，串聯(lián)基準(zhǔn)維持 V_OUT 的電壓。

串聯(lián)基準(zhǔn)的典型初始電壓精確度可低至 0.05% 至 0.5%，并具有高達(dá) 2.5 ppm/°C 的溫度系數(shù)。由于串聯(lián)基準(zhǔn)的優(yōu)異初始電壓和過溫性能，我們可在驅(qū)動精確 ADC 和 DAC 的基準(zhǔn)引腳時使用這種器件。超過 8（LSB 尺寸 = 0.39%）或 14（LSB 尺寸 = 0.006%）分辨率位后，外部串聯(lián)電壓基準(zhǔn)可保證您使用轉(zhuǎn)換器能夠達(dá)到想要的精確度。

下次，我們將深入研討更高精度 ADC 的基準(zhǔn)，敬請期待。

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