选择最佳的电压基准源选择最佳的电压基准源摘要：电压基准源简单、稳定的基准电压，作为电路设计的一个关键因素，电压基准源的选择需要考虑多方面的问题并作出折衷。本文讨论了不同类型的电压基准源以及它们的关键特性和设计中需要考虑的问题，如精确度、受温度的影响程度、电流驱动能力、功率消耗、稳定性、噪声和成本。 几乎在所有先进的电子产品中都可以找到电压基准源，它们可能是独立的、也可能集成在具有更多功能的器件中。例如： 在数据转换器中，基准源提供了一个绝对电压，与输入电压进行比较以确定适当的数字输出。 在电压调节器中，基准源提供了一个已知的电压值，用它与输出作比较，得到一个用于调节输出电压的反馈。在电压检测器中，基准源被当作一个设置触发点的门限。 要求什么样的指标取决于具体应用，本文讨论不同类型的电压基准源、它们的关键指标和设计过程中要综合考虑的问题。为设计人员提供了选择最佳电压基准源的信息。理想情况理想情况理想的电压基准源应该具有完美的初始精度，并且在负载电流、温度和时间变化时电压保持稳定不变。实际应用中，设计人员必须在初始电压精度、电压温漂、迟滞以及供出/吸入电流的能力、静态电流(即功率消耗)、长期稳定性、噪声和成本等指标中进行权衡与折衷。基准源的类型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。齐纳二极管和并联拓扑齐纳二极管和并联拓扑齐纳二极管优化工作在反偏击穿区域，因为击穿电压相对比较稳定，可以通过一定的反向电流驱动产生稳定的基准源。齐纳基准源的最大好处是可以得到很宽的电压范围，2V 到 200V。它们还具有很宽范围的功率，从几个毫瓦到几瓦。齐纳二极管的主要缺点是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。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 100 和 1mA 时 600。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。埋入型齐纳二极管是一种比常规齐纳二极管更稳定的特殊齐纳二极管，这是因为采用了植入硅表面以下的结构。作为另一种选择，可以用有源电路仿真齐纳二极管。这种电路可以显著改善传统齐纳器件的缺点。MAX6330 就是一个这样的电路。负载电流在 100A 至 50mA 范围变化时，具有 1.5% (最大)的初始精度。此类 IC 的典型应用如图图1 所示。图1. 选择合适的并联电阻选择合适的并联电阻所有的并联结构基准都需要一个与其串联的限流电阻。可以按照下式选择电阻：(VIN(max)-VSHUNT(min) / (ISHUNT(max)+ ILOAD(min) 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 voltagesCons 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 lossesGotchas Long-Term stability Not all Series devices sink current Not all Series devices sink current系统设计问题和基准源的选择系统设计问题和基准源的选择功耗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 35A。它们的输出阻抗非常低，因此基准电压几乎完全不受 IOUT影响。供出和吸入电流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(0C 至 70C，以 25C 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，V = 1ppm/C * 5V * 45C) = 255V。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。噪声噪声噪声通常是随机热噪声，也可能包含闪烁噪声和其它的寄生噪声源。对于低噪声应用 MAX6150、MAX6250 和MAX6350 是很好的选择，其噪声性能分别为 35V，3V 和 3VP-P所有这些对测量引入的噪声都小于 1 LSB。可以用多次采样然后取平均的方法减小噪声，其代价是增加了处理器的工作负担、提高了系统的复杂度和成本。输出电压温度迟滞输出电压温度迟滞该参数定义为在参考温度下(25C)由于温度连续偏移(从热到冷，然后从冷到热)所引起的输出电压的变化。这一效应将导致负面影响，因为它的幅度直接与系统所处环境的温度偏移成比例。在许多系统中，这种误差一般不具有可重复性，受 IC 电路设计和封装的影响。例如，3 引脚 SOT23 封装的 MAX6001，温度迟滞典型值为 130ppm。而采用更大尺寸、更稳定的封装，比如 SO-8 的 MAX6190，该参数值只有 75ppm。长期稳定性长期稳定性这个参数定义为电压随时间的变化，它主要是由封装或系列器件中的管芯应力或离子迁移引起的。注意保持电路板的洁净度，这也是一个影响长期稳定性的因素，尤其是它会随温度和湿度的变化而变化，这一影响有时比器件内在稳定性的影响还要大。长期稳定性通常定义在 25C 参考温度下。总结总结任何系统设计的难点都在于在成本、体积、精确度、功耗等诸多因素的平衡与折衷。为具体设计选择最佳基准源时需要考虑所有相关参数。有趣的是，很多时候选用较贵的元件反而使系统的整体成本更低，因为它可以降低制造过程中补偿和校准的花销。表表 2. Maxim 电压基准的精简列表电压基准的精简列表 Part NumberOutput Voltage (V)Supply Voltage Range (V)Temp. Drift (ppm/C max)Initial Accuracy TA=+25C (% F.S. max)Quiescent Current (mA max)0.1Hz to 10Hz Noise(Vp-p), max (typ)Package OptionsTemp. Ranges*MAX6160Adj.(1.23 to 12.4)2.7 to 12.61001100A(15)SOT143, SOEMAX6120 1.22.4 to 11100170A(10)SOT23, SOEMAX6520 1.22.4 to 12.650170A(10)SOT23, SOEMAX6001 1.252.5 to 12.6100145A25SOT23E MAX6012 1.252.5 to 12.620 to 300.3 to 0.535A25SOT23E MAX6190 1.252.5 to 12.65 to 250.16 to 0.4835A25SOE MAX6021 2.0482.5 to 12.620 to 300.2 to 0.435A40SOT23E MAX6191 2.0482.5 to 12.65 to 250.1 to 0.535A40SOE MAX8722.52.7 to 20400.210A(60)DIP, SOC, E MAX8732.54.5 to 187 to 200.06 to 0.128A(16)DIP, SOC, E MAX6002 2.52.7 to 12.6100145A60SOT23E MAX6025 2.52.7 to 12.620 to 300.2 to 0.435A60SOT23E MAX6125 2.52.7 to 12.6501100A (15)SOT23, SOE MAX6192 2.52.7 to 12.65 to 250.1 to 0.435A60SOE MAX6225 2.58 to 362 to 50.04 to 0.12.7(1.5)DIP, SOC, E MAX6325 2.58 to 361 to 2.50.042.7(1.5)DIP, SOC, E MAX6003 33.2 to 12.6100145A75SOT23E MAX6030 33.2 to 12.620 to 300.2 to 0.435A75SOT23E MAX6193 33.2 to 12.65 to 250.07 to 0.3335A75SOE MAX8744.0964.3 to 20400.210A(60)DIP, SO C, E MAX6004 4.0964.3 to 12.6100145A100SOT23E MAX6041 4.0964.3 to 12.620 to 300.2 to 0.435A100SOT23E MAX6141 4.0964.3 to 12.6501105A(25)SOT23, SOE MAX6198 4.0964.3 to 12.65 to 250.05 to 0.2435A100SOE MAX6241 4.0968 to 362 to 50.025 to 0.12.9(2.4)DIP, SO C, E MAX6341 4.0968 to 361 to 2.50.0252.9 (1.5)DIP, SO C, E MAX6045 4.54.7 to 12.620 to 300.2 to 0.435A110SOT23E MAX6145 4.54.7 to 12.6501105A(30)SOT23, SOE MAX6194 4.54.7 5 to 250.04 to 35A110SOE to 12.60.22MAX67558 to 3312 to 200.151.415TO-99, DIP, SOC, E MAX87557 to 187 to 200.06 to 0.1 0.28(32)DIP, SO C, E MAX6005 55.2 to 12.6100145A120SOT23E MAX6050 55.2 to 12.620 to 300.2 to 0.435A120SO