你有沒有不得不在你最喜歡的兩種甜點之間挑選，然后想，“為什么我不能兩者都吃？” 好吧，在使用可編程電壓基準 (V REF )進行設(shè)計時，工程師每天都會遇到同樣的事情。
工程師的一個非常普遍的目標是提出具有一定功能的超低功耗設(shè)計：感應溫度、啟動計算機，甚至為我們提供我們喜歡的糖果。但是你知道嗎，為了實現(xiàn)低功耗操作，工程師也在放棄其他優(yōu)勢？為了實現(xiàn)低功耗，工程師通常必須使用 V REF進行設(shè)計，以提供非常低的電流，但在整個工作溫度范圍內(nèi)會出現(xiàn)精度損失。這些工程師有沒有辦法得到他們的蛋糕并吃掉它？我想你知道答案。
首先，讓我們看一下我所說的 V REF精度以及直接影響精度的條件。對于這個例子，我將使用常用的TL431來驅(qū)動我的分析。
ATL431 和 ATL432 為三引腳可調(diào)節(jié)分流穩(wěn)壓器，在適用的汽車級、商業(yè)級和工業(yè)級溫度范圍內(nèi)均可滿足規(guī)定的熱穩(wěn)定性。 這兩款穩(wěn)壓器均可通過兩個外部電阻將輸出電壓設(shè)置為 Vref（約為 2.5V）至 36V 范圍內(nèi)的任意值。 其輸出阻抗典型值均為 0.05Ω。此類器件的有源輸出電路具有出色的導通特性，因此成為了許多應用中齊納二極管的絕佳替代產(chǎn)品，例如板載穩(wěn)壓器、可調(diào)節(jié)電源和開關(guān)電源。
ATL43X 的陰極電流范圍相比其上一代產(chǎn)品 TL43X 有 20 倍以上的提升。 另外穩(wěn)定性也有所提高，可支持范圍更為寬泛的負載電容類型和容值。
ATL431 和 ATL432 這兩款器件的功能完全相同，只是引腳分配和訂貨編號有所不同。 ATL43X 提供 A 和 B 兩個等級，25°C 溫度下的初始容差分別為 1% 和 0.5%。 此外，這兩款器件的輸出溫度漂移較低，可確保在整個溫度范圍內(nèi)保持出色的穩(wěn)定性。
ATL43xxI 器件的額定工作溫度范圍為 –40°C 至 85°C；ATL43xxQ 器件的額定工作溫度范圍為 –40°C 至 125°C。
如果我們有類似于圖 1 的電路，我們可以設(shè)置 R1 和 R2 以根據(jù) V REF獲得所需的 V KA輸出。我們可以在本應用筆記中找到有關(guān)如何執(zhí)行此操作的更多信息。
圖 1：電源電流限制器
V REF并不總是在其標稱值；事實上，它可以保證有一個基于設(shè)備運行條件的偏移量。表 1 顯示了直接影響 V REF的規(guī)格表。
表 1：TL431 電氣規(guī)格
假設(shè) V KA = 5V 和陰極電流為 2mA，我們可以使用公式 1通過添加這些參數(shù) (典型值) 的集體效應來計算有效VREF 。
(1)
這告訴我們，對于 TL431，有效 V REF現(xiàn)在為 2.4899V，或 0.2% 的準確度，這在普通情況下并沒有顯著差異。但是，一旦達到最大值（通常發(fā)生在高溫下），我們將獲得2.539V 的有效 VREF，即 1.78% 的準確度。
這對我們的系統(tǒng)有何影響？
在模擬環(huán)境中，總電壓漂移可能是觸發(fā)運算放大器的必要閾值，44.5mV 最大值/6mV 最小值偏移可能意味著調(diào)節(jié)和待機之間的差異，這可能導致系統(tǒng)故障。但是，當我們考慮使用 TL431 作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的參考時，這將成為一個更大的問題。最低有效位 (LSB) 電壓取決于轉(zhuǎn)換器的位數(shù)精度。假設(shè) 5V 和 8 位 ADC 的相同條件，我們得到 19.53mV 的 LSB，這在典型操作期間應該沒問題，如等式 2 所示。但隨著溫度的變化，操作會發(fā)生變化，系統(tǒng)可能會讀取錯誤數(shù)據(jù)或執(zhí)行不正確。
(2)
那么如何解決精度問題并仍然保持低功耗運行呢？一種解決方案是ATL431，它具有更低的運行功耗，但顯著提高了精度。在與以前相同的條件和設(shè)計參數(shù)下使用 ATL431，我們將獲得2.499V (0.95mV) 的有效 VREF，即 0.03% 的精度。在考慮模擬操作時，這為我們提供了更大的誤差范圍，但更重要的是，我們現(xiàn)在可以使用分辨率更高的 ADC（公式 3）：
(3)
最后，在正確方向上的微小變化可以產(chǎn)生與我們圍繞 TL431 的原始設(shè)計更大的折衷結(jié)果。ATL431是一種解決方案，它提供了足夠好的節(jié)能效果，同時也提高了準確性，而不必為了另一個而犧牲一個。最后，即使妥協(xié)，也有可能兩全其美。
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