电压基准源的选择[转帖]

yjm2000

在DAC和DAC里面都有电压基准源，它可以是芯片内部提供的基准也可以是外接的电压基准芯片。

 

基准源的类型

两种常见的基准源是齐纳和带隙基准源。齐纳基准源通常采用两端并联拓扑；带隙基准源通常采用三端串连拓扑。选择依据如下表：
 

并联结构的齐纳基准与串联结构的带隙基准的对照表。

表1.电压基准对照表

What	Zener - Shunt Topology	Buried Zener - Shunt Topology	Band-Gap - Series Topology
Pro's	Wide/high Vin capable Best for non-power critical applications due to higher    Iquiescent (1-10mA) >1% FS initial Accy.	Wide/high Vin capable Best for non-power critical applications due to higher Iquiescent (1-10mA) 0.01% to 0.1% FS Initial Accy	?  Typically lower Vin range ?  Low Quiescent current(uA to ~1mA) ?  No ext resistor ?  Lower Iquiescent ?  0.05% to 1% FS initial Accy ?  Low dropout voltages
Con's	?  Current is always used ?  Requires external resistor ?  Lower precision ?  Can only sink current ?  High dropout voltage	Higher Iquiescent than bandgaps	Limited Vin range Pass element losses
Gotcha's	?  Long-Term stability	?  Not all Series devices sink current	Not all Series devices sink current

 

 
齐纳二极管缺点:
1)     精确度达不到高精度应用的要求，而且，很难胜任低功耗应用的要求。例如：BZX84C2V7LT1，它的击穿电压，即标称基准电压是2.5V，在2.3V至2.7V之间变化，即精确度为±8%，这只适合低精度应用。


2)     齐纳基准源的另一个问题是它的输出阻抗。上例中器件的内部阻抗为5mA时100Ω和1mA时600Ω。非零阻抗将导致基准电压随负载电流的变化而发生变化。选择低输出阻抗的齐纳基准源将减小这一效应。
 
所以在高精度应用的场合通常用带隙基准源。如14bit，210MSPS（刷新速率 UpDate Rate）的DAC9744内部就带一个2.1V的带隙基准源。
   

                   

AD9744内部基准源配置

 

 

                     AD9744外部基准源配置

 

 

AD9744基准源配置管脚

 
（这个是AD9742的基准源配置管脚，AD9744的我怀疑错了，AD9742是与AD9744同系列的，一样管脚，只是AD9742是12bit，AD9744 16bit）
 
REFLO——内部参考基准源地端。当使用内部1.2V参考基准源时，接AGND。
当使用外部参考源时，接AVDD
REFIO——参考基准源输入输出/输入端。
      REFLO=AVDD，内部参考基准源无效，REFIO用作外部参考基准源输入。
      REFLO=AGND=ACOM，REFIO用作内部基准源1.2V输出（100nA），REFIO接0.1μF接ACOM(AGND)。
 

基准源的选择

功耗
如果设计中等精确度的系统，比如一个高效率、±5%电源或者是需要很小功率的8位数据采样系统，可以使用MAX6025或MAX6192这类器件。这两个器件都是2.5V的基准源，最大消耗电流为35μA。它们的输出阻抗非常低，因此基准电压几乎完全不受I[sub]OUT[/sub]影响。

供出和吸入电流
        另一个指标是基准源供出和吸入电流的能力。
        大多数应用都需要电压基准源为负载供电，当然，要求基准源有能力提供负载所需的电流。它还需要提供所有的Ibias或漏电流D这些电流之和有时会超过负载电流。
    ADC和DAC所需要的典型基准源电流在几十微安(如MAX1110)至10mA (最大值，如AD7886)。MAX6101-5系列基准源能提供5mA电流，吸入电流2mA。对于较重负载，可选择MAX6225/41/50系列基准源，它们能提供15mA的供出和吸入电流。

温漂
    温漂通常是一个可校准的参数。它一般是可重复性的误差。通过校准或从以前得到的特性中查找取值可以实现这一误差的修正。
    校准对于高分辨率系统是非常有用。对一个16位系统，如果要在整个商用温度范围(0°C至70°C，以25°C为基准点)保持精度在±1 LSB以内，该基准源的漂移必须小于1ppm/°C，ΔV = 1ppm/°C * 5V * 45°C) = 255μV。相同的温度漂移扩展到工业温度范围下只能适用于14位系统。
 

 

    AD9744内部基准源的温飘

 
AD9744内部基准源温飘为±50ppm/°C,显然很大，但要知道温飘是一个可以校正的参数。如果不是要求输出精确电压值，可以使用AD9744的内部基准电压源。
当然也可以使用温飘更小的外部电压基准源。

 

典型工作电路

 

引脚配置

 

 

 

MAX6161-MAX6168

±2mV (最大值)初始精度[/li]5ppm/°C (最大值)温度系数[/li]0.9mV/mA时可输出5mA负载电流[/li]2.5mV/mA时可灌入2mA负载电流[/li]1μF容性负载下保持稳定工作[/li]无需外部电容[/li]100μA典型静态电流[/li]1mA负载电流下压差200mV[/li]输出电压选项：1.25V、2.048V、2.5V、3V、4.096V、4.5V、5V[/li]

MAX6161-MAX6168是精密的、低压差、微功耗电压基准。这些3端器件工作于(V[sub]OUT[/sub] + 200mV)至12.6V输入电压范围，具有1.25V、1.8V、2.048V、2.5V、3V、4.096V、4.5V和5V输出电压选项。它们具有专用的曲率校正电路和光刻薄膜电阻，温度系数低至5ppm/°C (最大值)、初始精度±2mV (最大值)。这些器件可工作于扩展级温度范围(-40°C至+85°C)。

    MAX6161-MAX6168消耗电源电流100μA (典型值)，并可输出5mA (MAX6161为4mA)或灌入2mA负载电流。传统的并联模式(2端)基准源消耗较大的电源电流、且需外加电阻，这些器件则不同，其电源电流与电源电压基本无关(变化量为8μA/V)，并且无需外加电阻。此外，这些内部补偿器件无需外部补偿电容。消除外部补偿电容可有效节省空间受限应用中的宝贵板尺寸。低压差电压和与电源电压无关的超低电源电流使得这些器件非常适合高性能、低电压的电池供电系统。
 
参考AD9744的DataSheet  

 
    
 
为了提高AD9744的精确度（AD9744内部基准电压温飘50ppm/°C，MAX6163A为5ppm/°C），选用基准电压更高的基准源，也使得输出电流更大（Iref=Vref/Rset）。综合上述因素选用MAX6161A（基准电压3.0000V）
 
可以通过计算选取比较好的基准源,MAXIM公司提供了一个在线”温飘计算器”，
http://www.maxim-ic.com.cn/tools/calculators/index.cfm/calc_id/tempdrift

 

 
当然要求ΔVout<1 LSB是不现实的，只能提高”所允许的最大Vout变化量（ΔVout）”到2 LSB （AD9744 14bit 1LSB=3/(2^14)=128μV）(2 LSB="256"μV)。

        

 
 
    计算结果，所允许的最大温飘为5.33333 ppm/°C，显然用MAX6163A正合适。
 
参考资料：
1）MAXIM应用笔记2879—选择最佳的电压基准源
http://www.maxim-ic.com.cn/appnotes.cfm/an_pk/2879  
2）MAXIM 温飘计算器
http://www.maxim-ic.com.cn/tools/calculators/index.cfm/calc_id/tempdrift
3）MAXIM电源基准芯片选择
http://para.maxim-ic.com/cn/search.mvp?fam=volt_ref&270=Series&605=1.25&tree=references
4）ADI电源参考
http://www.analog.com/zh/references/voltage-references/products/index.html

tubefans

LT公司有一篇同名的应用笔记。