系統性能受限于基準？試試“特點+規格”這個組合吧
發布時間：2020-8-27 11:07
發布者：eechina
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作者：ADI公司 大多數系統設計人員都在電路設計中使用了電壓基準，雖然很多人都同意“性能有可能最終受限于基準”的說法，但似乎并不清楚其中的原因。由于市面上供應的基準產品非常之多，因此設計人員在選擇時往往基于價格與精度的權衡折衷，并僅僅將初始準確度和 TC（溫度系數）規格用作精度的衡量尺度。隨著技術、應用的發展，電壓基準也有所發展，就重要性而言，諸如噪聲、熱穩定性、負載和電壓調節以及尺寸等要求與顯而易見的精度規格同樣重要、甚至重要性更高。所以如今再沿用老式的電壓基準IC進行設計，就無法滿足系統所需的性能要求了。 電壓基準是任何混合信號設計的核心，它設定了對任何信號進行評價的標準，因而確定了系統性能的極限。傳統上，基準最明顯的規格可以反映其總體平均性能，但是并不全面，還有一些影響系統性能的特點，雖然影響方式很細微，但同樣重要。例如在高分辨系統中，噪聲指標的重要性就有可能超出絕對輸出；在汽車電路中，安全承受高電壓或驅動重負載的能力，也許和精度一樣重要。許多系統設計人員并未意識到，某些新型基準產品專門針對這些特殊應用進行了優化，例如ADI的串聯基準電壓LT6654、LTC6655 和 LT6656就選擇了特點與規格相結合的組合，可使它們與常見的應用兼容。 在下圖中可以看到，除了許多標準特點如高精度、低壓差和面積小尺寸外，LT6654、LTC6655 和 LT6656這三款基準還具有專用特點的不同組合，例如極低的噪聲、寬溫度范圍或寬電源范圍，本文將介紹幾種典型的系統以及它們所需的特點。 
滿足測試測量系統不打折扣的高精度 測試和測量系統要求不打任何折扣的最高精度及穩定性，它們還必須擁有盡可能低的噪聲以確保實現可重復的測量，實例包括高精度萬用表、電子天平和自動化測試設備。在正常情況下，齊納基準是上佳的選擇，然而很多系統并不具備齊納基準所要求的供電余量，而且齊納基準的可用輸出電壓數目有限，在需要低壓差基準或輸出電壓低于5V的場合。精準基準LTC6655表現出色，而且還達到了齊納基準的精度和穩定性，憑借0.025%的準確度、2ppm/℃ 的漂移以及所有基準IC中最低的噪聲，提供了出眾的性能和靈活性，其極低的噪聲典型值僅為1/4 ppm，低于任何其他電壓基準，從而使其成為ADI的LTZ1000超級齊納基準同等系列級別的產品。
在數據采集系統中，低頻噪聲是最難消除的，因為高頻噪聲可利用平均處理有效地濾出或降低。LTC6655僅具有500mV的壓差，因而與低電壓電源兼容。此外，它還擁有7種輸出電壓選項，卓越的熱遲滯 電壓抑制和負載調節性能，并在3種溫度條件下，進行了全面的測試以確保其品質。在電源電壓不斷下降的趨勢下，LTC6655實現了極高的性能。如需更低噪聲，則可并聯連接多個LTC6655器件，如下圖所示，噪聲以基準數目的平方根而下降，因此該電路的噪聲為一個基準的典型噪聲的一半。
輕松應對汽車和工業應用中的高電源電壓 汽車和工業應用領域對精度和噪聲要求可能有所不同，但通常是相當嚴格的，真正的困難在于有可能會有很高的電源電壓，例如工業系統或汽車負載突降故障。另一項挑戰就是需要在很寬的溫度范圍內提供高性能，這可能從-40℃至125℃或更高溫。低噪聲基準LT6654可以符合非常寬范圍的要求，它具有0.05%的準確度、10ppm/℃的漂移和僅1.6ppm的噪聲，該器件能在寬電源范圍內運作，從僅比基準電壓高100mV至高達36V，輸出驅動電流為10mA，具有8ppm/mA的負載調整率，并在整個頻率范圍內實現了卓越的電壓抑制和負載調節性能，這些特點可有助于滿足諸如大電流注入測試和抗電源噪聲等特殊要求。此器件也可用作精準的穩壓器，以實現最佳的總體系統性能。當然，其技術規格針對-40℃至125℃的溫度范圍，并采用SOT-23封裝，因此幾乎可在任何地方使用�？傊�，LT6654具有最佳的整體特性組合，因而能夠合適非常寬廣的應用范圍。
完美匹配有低功率、高精度要求的便攜式應用 便攜式和遠程安裝系統需要使用非常低的功率但要保持高精度。低功率、高精度和堅固性設計（可容許電池系統中的常見故障情況）的組合對設計人員的基準IC選擇造成了嚴重的限制。串聯電壓基準LT6656是一款獨特的器件，在＜1μA的電源電流下具有0.05%準確度和10ppm/℃漂移，盡管功率不高，但它能提供高達5mA的輸出驅動電流，因此也是一款精準的穩壓器，并可用于給電路供電和提供一個基準。
另外 它還能承受電源和輸出反向，而不會吸收大量的電流，這種特點組合確保了性能和可靠性，能夠解決一度曾經被認為是很難解決的設計難題。當把某個基準推至其性能極限時，一些細微的影響將會導致誤差的增加，這些影響包括由于熱效應如IR回流焊和熱遲滯所引起的輸出電壓漂移以及IC組件的長期漂移，而了解這些對于產品的成功設計可謂至關重要。ADI的芯片數據手冊詳細描述了這些影響，并提供了指引以實現期望的漂移以及改善穩定性的方法。ADI公司在這些高精度產品中，傾注了數十載的設計和制造經驗會，并制造了一些當今世界上最高性能的基準產品，它們都運用了最先進的測試方法，在多種溫度條件下進行全面測試，以確保這些高性能產品的質量。
總結 面對千差萬別的眾多產品，為系統設計選擇最為合適的電壓基準可以說是一項艱巨的任務。ADI提供的這幾款產品均將謹慎選擇的性能和特點，與最高質量的制造工藝相結合，大大簡化了“如何選擇電壓基準”這一任務。除此之外，ADI公司提供的基準電壓源產品有多種性能和溫度等級，以及幾乎所有已知的封裝類型。從最高精度產品到小型廉價產品，應有盡有。憑借龐大的基準電壓源產品庫，ADI公司的基準電壓源可滿足幾乎所有應用的需求。 |
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