【世說芯品】幾款經(jīng)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

時間：2021-10-22 15:17:29

關(guān)鍵字：電壓基準

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[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(shè)備都必須以某種方式與“真實”世界交互，電子設(shè)備必須能夠?qū)⒄鎸嵤澜缬成涞诫娮邮澜缰械目蓽y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，...

【世說芯品】幾款經(jīng)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

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(shè)備都必須以某種方式與“真實”世界交互，電子設(shè)備必須能夠?qū)⒄鎸嵤澜缬成涞诫娮邮澜缰械目蓽y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(gòu)使得設(shè)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(guān)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(jīng)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(nèi)，LT6657 的輸出電壓完全處于該方框之內(nèi)，這容許在自動化生產(chǎn)中測試 1.5ppm/°C 規(guī)格指標。LT6657 在 -40°C 至 125°C 的溫度范圍內(nèi)規(guī)定了低漂移，在整個溫度范圍內(nèi)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(nèi)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(nèi) 2ppm/°C 的漂移指標優(yōu)于幾乎任何其他電壓基準產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)真正的高穩(wěn)定性產(chǎn)品所必須保持的質(zhì)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(yīng)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(nèi)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(chǎn)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(chǎn)品使用期限內(nèi)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(nèi)僅產(chǎn)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(lǐng)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(chǎn)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(chǎn)品，其性能足以滿足廣泛應(yīng)用的要求，并擁有使其可兼容幾乎任何應(yīng)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(diào)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(yīng)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(yīng)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(diào)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(chǎn)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(shè)計上的權(quán)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(chǎn)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(chǎn)品一樣，LT6657整個頻率范圍內(nèi)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(chǎn)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(qū)動一個高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器時的基準穩(wěn)定，或安然經(jīng)受汽車系統(tǒng)中的大電流注入等運行測試，這也是至關(guān)緊要的。

LT6657 還擁有強大的驅(qū)動能力。負載電流范圍為 10mA (供應(yīng)和吸收)，負載調(diào)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(qū)動難對付的 ADC 基準輸入，驅(qū)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(jīng)常看到的，但是在精準型產(chǎn)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(shè)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(jié)合，一定會使其成為許多應(yīng)用電路的最佳選擇，包括實驗室測試設(shè)備、自動化測試、甚至汽車和工業(yè)系統(tǒng)，在此類應(yīng)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。

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原文轉(zhuǎn)自亞德諾半導體