幾款經典高性能電壓基準比較分析，尋求性能和特點優(yōu)化的解決方案
[導讀]在這個模擬的世界里，無論汽車、微波爐還是手機，所有電子設備都必須以某種方式與“真實”世界交互，電子設備必須能夠將真實世界映射到電子世界中的可測的量(電壓)。要測量電壓，你需要一個衡量標準，該標準就是基準電壓。長期以來，在所有可用的電壓基準類型中，帶隙電壓基準因其特點與性能的組合，...
在這個模擬的世界里，無論汽車、微波爐還是手機，所有電子設備都必須以某種方式與“真實”世界交互，電子設備必須能夠將真實世界映射到電子世界中的可測的量(電壓)。要測量電壓，你需要一個衡量標準，該標準就是基準電壓。
長期以來，在所有可用的電壓基準類型中，帶隙電壓基準因其特點與性能的組合，一直是最佳的選擇。但與掩埋式齊納基準相比，它們并未始終提供最佳的性能?；蛘?，帶隙架構使得設計具備眾多有用特點的基準成為可能，包括低壓差、寬溫度范圍、低功率、小尺寸、寬工作范圍和寬負載電流能力。
電壓基準源的作用：將數(shù)據(jù)采集與真實世界進行關聯(lián)這些特點催生了大量的精準型 LDO 穩(wěn)壓器和高精度電壓基準。隨著時間的過去，帶隙基準的性能有所改善，并在某些場合中超越了掩埋式齊納基準的穩(wěn)定性和噪聲，同時保持了源于不斷增加之特點的靈活性。本文將介紹幾款經典的電壓基準，并對其性能進行比較分析。
高階溫度補償確保低且可預知的輸出電壓誤差
下圖示出了溫度特性，曲線圖示出了一個 1ppm/°C 的方框。在寬溫度范圍內，LT6657 的輸出電壓完全處于該方框之內，這容許在自動化生產中測試 1.5ppm/°C 規(guī)格指標。LT6657 在?-40°C 至 125°C 的溫度范圍內規(guī)定了低漂移，在整個溫度范圍內提供了?<250ppm 的最大保證誤差。
高階溫度補償在整個溫度范圍內保持了低且可預知的輸出電壓誤差，而最先進的制造工藝則在器件之間和批次之間提供了一致的性能。為了確保裝運的每個 LT6657 都滿足這種高性能水平，LT6657 的溫度系數(shù)由 100% 的五溫度測試提供保證。
?LT6657輸出電壓溫度曲線可以做個比較，LTC6655 一直是市面上性能最高的帶隙電壓基準之一。其在?-40°C 至 125°C 的范圍內 2ppm/°C 的漂移指標優(yōu)于幾乎任何其他電壓基準產品。和 LT6657 一樣，該性能指標難以在試驗臺上測試，而且要在制造過程中予以保證，是難以置信挑的戰(zhàn)性。
許多相似的產品可能通過特性分析或樣片測試來保證穩(wěn)定性，而 LTC6655 則利用 100% 的三溫度測試提供保證。制造過程中的這種謹慎度顯示了生產真正的高穩(wěn)定性產品所必須保持的質量水準。與 LTC6655 相比，LT6657 更加穩(wěn)定，1.5ppm/°C 漂移，而且該性能是利用 100% 的五溫度測試給予保證的。
除了實驗室儀表之外，這還為汽車和擴展溫度工業(yè)應用提供了新的精準水平。在整體穩(wěn)定性上增加的是低的熱遲滯和卓越的長期穩(wěn)定性，這些是衡量系統(tǒng)隨著時間推移和溫度循環(huán)將在規(guī)格限定的范圍內保持何等水平。測試驗證表明，隨著時間推移和溫度循環(huán)所產生的漂移是很低而且一致。當這些特性表現(xiàn)良好時，可比較容易地在產品使用期限內預測漂移。
幾款基準電壓源的噪聲特性比較
采用 LT6657 時，噪聲性能與某些最佳的低噪聲掩埋式齊納基準不相上下——LT6657 的噪聲僅為?0.5ppm，特別適合許多高動態(tài)范圍系統(tǒng)。對于一個 2.5V 基準，LT6657 在?0.1 至 10Hz 范圍內僅產生 1.25μV 峰至峰噪聲。寬帶噪聲也很低，至 1kHz 為?0.8ppm RMS。
前面提到了LTC6655引人注目的穩(wěn)定性，除此之外，LTC6655 還擁有無可比擬的噪聲性能，從而使其有別于其他的高穩(wěn)定性帶隙電壓基準，包括 LT6657。LTC6655 在?0.1 至 10Hz 具有?0.25ppm 峰至峰噪聲，為高動態(tài)范圍測量提供了所需的低噪聲層。值得一提的是，雖然 LTC6655 具備高精度和世界領先的噪聲性能，以及許多非常好的特性，但這些是以犧牲一定的靈活性為代價的。
LTC6654、LTC6655和LT6657主要性能比較特別地，相比于 LT6654 等產品，LTC6655 的輸入電壓范圍和輸出電流范圍是受限的。在帶隙基準中可提供眾多特性的一個例子是 LT6654。該 10ppm/°C 電壓基準是一款極佳的通用型產品，其性能足以滿足廣泛應用的要求，并擁有使其可兼容幾乎任何應用的眾多特點。
LT6654 的特點包括低漂移、低噪聲、低壓差和至 36V 的寬電源范圍、寬溫度范圍、低的熱遲滯和優(yōu)良的長期穩(wěn)定性、卓越的電壓和負載調節(jié)性能、以及 7 種可用的輸出電壓選項。該器件是堅固的，具有 10mA 的負載電流供應和吸收能力，以及過流和熱限制電路。
LT6654輸出阻抗很低，針對有可能由于環(huán)境條件或大電流注入等測試而出現(xiàn)在應用電路中的干擾提供了良好的抑制。這些特點允許其在低電壓或高電壓系統(tǒng)中使用，具備給傳感器或信號調理電路施加偏置的能力，同時保持一個精準的輸出電壓。
電壓基準需要性能全面評估產品性能
電壓基準常常因為追求更高的性能，必須在眾多特性之間做出設計上的權衡優(yōu)化選擇，難免可能缺乏靈活性和兼容性，如何提出更具針對性的產品是解決方案提供商需要考慮的。綜合而言，LT6657在很多方面是“優(yōu)選”。
除了高穩(wěn)定性和低噪聲之外，LT6657 還增添了許多特點。與ADI的大多數(shù)電壓基準產品一樣，LT6657整個頻率范圍內的輸出阻抗是很低，這減輕了負載隨頻率而發(fā)生之變化所產生的影響，有助于防止信號對基準實施反饋并引起干擾、誤差或噪聲。這對于在驅動一個高性能模數(shù)轉換器時的基準穩(wěn)定，或安然經受汽車系統(tǒng)中的大電流注入等運行測試，這也是至關緊要的。
LT6657 還擁有強大的驅動能力。負載電流范圍為 10mA (供應和吸收)，負載調節(jié)誤差小于 1ppm/mA，而且 LT6657 擁有過流和熱保護功能，以避免器件在故障情況下受損。LT6657 可用于對多種傳感器施加偏置，驅動難對付的 ADC 基準輸入，驅動多個 ADC 和 DAC，或為一個具有基準級精度的小型子系統(tǒng)供電。
從對比圖可容易地看到：LT6657 擁有可媲美任何可用電壓基準的性能，具有豐富齊全的功能特性。除了電壓基準共有的特點之外，LT6657 還具備更多的幾項優(yōu)勢，包括針對反向電源和反向輸出的保護功能，從而可在艱難的環(huán)境中提供更加穩(wěn)健的性能。這些特點在 LDO 電源中是經?？吹降?，但是在精準型產品中則并不常見。
最后，LT6657 可充當一個并聯(lián)以及串聯(lián)基準。并聯(lián)模式操作使得可以容易地配置一個負電壓基準，采用一個非常高的電源電壓工作，或改進某款較舊的設計以提供更好的性能。
總之，LT6657 擁有高精度、低噪聲和高穩(wěn)定性，以及由其眾多特點所提供的靈活性。LT6657 具備的其他特點和性能與區(qū)別制造相結合，一定會使其成為許多應用電路的最佳選擇，包括實驗室測試設備、自動化測試、甚至汽車和工業(yè)系統(tǒng)，在此類應用中，高性能與眾多特點的組合使其能兼容于眾多的系統(tǒng)要求。
大咖為你揭秘ADI光模塊控制產品那些事兒~
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