幾款經(jīng)典高性能電壓基準(zhǔn)比較分析，尋求性能和特點(diǎn)優(yōu)化的解決方案
[導(dǎo)讀]在這個模擬的世界里，無論汽車、微波爐還是手機(jī)，所有電子設(shè)備都必須以某種方式與“真實(shí)”世界交互，電子設(shè)備必須能夠?qū)⒄鎸?shí)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(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)就是基準(zhǔn)電壓。長期以來，在所有可用的電壓基準(zhǔn)類型中，帶隙電壓基準(zhǔn)因其特點(diǎn)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(jī)，所有電子設(shè)備都必須以某種方式與“真實(shí)”世界交互，電子設(shè)備必須能夠?qū)⒄鎸?shí)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(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)就是基準(zhǔn)電壓。
長期以來，在所有可用的電壓基準(zhǔn)類型中，帶隙電壓基準(zhǔn)因其特點(diǎn)與性能的組合，一直是最佳的選擇。但與掩埋式齊納基準(zhǔn)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(diǎn)的基準(zhǔn)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(fù)載電流能力。
電壓基準(zhǔn)源的作用：將數(shù)據(jù)采集與真實(shí)世界進(jìn)行關(guān)聯(lián)這些特點(diǎn)催生了大量的精準(zhǔn)型 LDO 穩(wěn)壓器和高精度電壓基準(zhǔn)。隨著時間的過去，帶隙基準(zhǔn)的性能有所改善，并在某些場合中超越了掩埋式齊納基準(zhǔn)的穩(wěn)定性和噪聲，同時保持了源于不斷增加之特點(diǎn)的靈活性。本文將介紹幾款經(jīng)典的電壓基準(zhǔn)，并對其性能進(jìn)行比較分析。
高階溫度補(bǔ)償確保低且可預(yù)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(biāo)。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(bǔ)償在整個溫度范圍內(nèi)保持了低且可預(yù)知的輸出電壓誤差，而最先進(jìn)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(yùn)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(zhǔn)之一。其在?-40°C 至 125°C 的范圍內(nèi) 2ppm/°C 的漂移指標(biāo)優(yōu)于幾乎任何其他電壓基準(zhǔn)產(chǎn)品。和 LT6657 一樣，該性能指標(biāo)難以在試驗(yàn)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(jǐn)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(zhǔn)。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(shí)驗(yàn)室儀表之外，這還為汽車和擴(kuò)展溫度工業(yè)應(yīng)用提供了新的精準(zhǔn)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(yàn)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(dāng)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(yù)測漂移。
幾款基準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)，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(zhǔn)，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(zhǔn)中可提供眾多特性的一個例子是 LT6654。該 10ppm/°C 電壓基準(zhǔn)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(diǎn)。
LT6654 的特點(diǎn)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(fù)載調(diào)節(jié)性能、以及 7 種可用的輸出電壓選項(xiàng)。該器件是堅固的，具有 10mA 的負(fù)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(diǎn)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(zhǔn)的輸出電壓。
電壓基準(zhǔn)需要性能全面評估產(chǎn)品性能
電壓基準(zhǔn)常常因?yàn)樽非蟾叩男阅?，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(diǎn)。與ADI的大多數(shù)電壓基準(zhǔn)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(fù)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(zhǔn)實(shí)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(zhǔn)穩(wěn)定，或安然經(jīng)受汽車系統(tǒng)中的大電流注入等運(yùn)行測試，這也是至關(guān)緊要的。
LT6657 還擁有強(qiáng)大的驅(qū)動能力。負(fù)載電流范圍為 10mA (供應(yīng)和吸收)，負(fù)載調(diào)節(jié)誤差小于 1ppm/mA，而且 LT6657 擁有過流和熱保護(hù)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(zhǔn)輸入，驅(qū)動多個 ADC 和 DAC，或?yàn)橐粋€具有基準(zhǔn)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(zhǔn)的性能，具有豐富齊全的功能特性。除了電壓基準(zhǔn)共有的特點(diǎn)之外，LT6657 還具備更多的幾項(xiàng)優(yōu)勢，包括針對反向電源和反向輸出的保護(hù)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(diǎn)在 LDO 電源中是經(jīng)?？吹降?，但是在精準(zhǔn)型產(chǎn)品中則并不常見。
最后，LT6657 可充當(dāng)一個并聯(lián)以及串聯(lián)基準(zhǔn)。并聯(lián)模式操作使得可以容易地配置一個負(fù)電壓基準(zhǔn)，采用一個非常高的電源電壓工作，或改進(jìn)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(diǎn)所提供的靈活性。LT6657 具備的其他特點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(chǎn)品那些事兒~
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