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首页TI基准电压源(VREF)设计指南:应用与技巧
"TI提供的基准电压源(VREF)应用设计技巧文档,涵盖了基准电压源的基础知识、设计技巧和在电路设计中的应用。这份中文版资料旨在帮助工程师理解和优化电路设计,节省设计时间。" TI的这份文档详细介绍了基准电压源的重要性和在现代电子系统中的作用。基准电压源作为一个精密的元件,其主要任务是提供稳定的输出电压,不受环境温度或电源电压变化的影响,广泛应用于数据转换器和其他精密电路。 文档的第一章深入解析了基准电压源的基本特征,讨论了并联和串联基准拓扑的优缺点。对于并联基准,它展示了如何在低电源电压下实现低压差,而串联基准则提供了灵活性。此外,章节还涉及精密基准电压源的电平转换以及可调并联基准电压源的设计。 第二章专注于基准电压源在数据转换器设计中的应用,尤其是如何影响模数转换器(ADC)的性能。它详细阐述了ADC的基本操作,SAR ADC的基准电压系统设计,以及为16位ADC选择合适的基准电压源。这部分还提到了SAR ADC的PCB布局中,电压参考信号布局的重要性。 最后,在第三章中,文档探讨了基准电压源作为低漂移直流电压和电流源的灵活应用。这部分内容可能包括如何利用基准电压源实现稳定且低漂移的直流输出,以及在不同应用场景下的优化方法。 这份资料是设计人员深入理解基准电压源及其应用的宝贵资源,不仅包含了理论知识,还有实际案例和实验室验证的解决方案,对于提升嵌入式系统和电路设计的专业技能非常有帮助。通过学习,设计师可以更好地选择和设计适合特定应用的基准电压源,确保系统的稳定性和性能。
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基准电压源设计 4 Texas Instruments
为了确保 V
OUT
的初始精度和温漂,该 AB 类
输出晶体管都必须工作在线性区; 因此,漏源电压
(V
DS
)必须大于晶体管饱和电压 V
SAT
。所以,串
联基准的输入电压 V
IN
必须至少高于 V
OUT
一个压
差电压; 请参见图 3 中的电路。REF5050 压差最小
值在静态条件下(I
OUT
= 0)为 200mV。
图 3:把 REF5050 的 ErrAmp 输出级放在一个
并联结构中。
但是,通过将 V
IN
和 V
OUT
外部连接在一起(图
3 的右侧),V
DS
= 0V 和上端输出晶体管 PCH 完全
关闭。在这样下,输出偏置电流 I
Q
会完全旁路掉
PCH 晶体管,直接从 V
IN
流向低端输出晶体管,
NCH。这样在 V
IN
和 GND 之间建立了一个精确的
基准参考电压。
通过短接 V
IN
和 V
OUT
,REF5050 变成了一个二
端子的并联基准电压,但它仍然保持了串联基准电
压的直流精度特性和温度特性。在这种结构配置下,
输出级偏置会比典型的静态电流要高一些,但是
REF5050 的精度和稳定性保持不变。
图 4 和 5 是使用 REF5050 和 REF5010 作为基
本模块进行配置的例子。
图4:REF5010和REF5050在正、负并联基准
电源中使用。
图 5:利用 REF5050 堆叠串联得到更高的参考
电压和利用 REF5010 来实现双电压并联基准。
鉴于 R
S
的大小适合所需的最大值输出负载,
使用 REF5050 或 REF5010 作为并联基准参考对最
大电源没有限制电压,因为大部分电压降和功率将
在 R
S
上。因此,可以利用 REF5050 系列电压基准
来设计一些新颖的电路,例如负向,双输出和浮动
基准。另外,你可以堆叠(串联)多个器件从而获
得任何期望的参考电压。
REF5050 的两端子结构具有优异的特性,这基
本接近于一个理想的稳压二极管。将具有并联模块
的 REF5010 进行串联连接,我们能够构建特别高的
电压参考(千伏特级),同时具有非常高的电压精度
和极好的温度稳定性。
4.
精密基准电压源的电平转换
By Marek Lis
由于电路拓扑结构的限制,一些高精度串联基
准电压不会提供较低的输出电压,如 1.25V 或更低。
但只要有负电源可用,还是有一些方法可以通过电
平转换,在现有的基本电路上,创建得到较低输出
参考电压。
新建立的基准电压源,其 初始精度和漂移与原
始基准电压源的性能紧密相关,同时外部放大器
(运算放大器)的输入电压失调和漂移,以及匹配
电阻要满足适当的最低要求。
产生 1.25V 精确基准电压的方法之一是利用电
平转换,如图 1 所示。REF5025 的标称输出电压为
2.5V,利 用 OPA376 驱动其 GND 引脚到-1.25V,即
可以通过电平转换得到 1.25V 的基准电压。OPA376
的最大输入失调电压和漂移分别为±25µV 和
±1µV/℃,只要电阻 R1/R2 的匹配度在 0.01%以内,
产生得到的 1.25V 基准电压其初始精度和温度漂移
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基准电压源设计 5 Texas Instruments
也能达到与 REF5025 媲美的性能。
由此产生的 1.25V 基准可以在低至±1.35V 或
高至±2.75V 的电源中工作; 它也可以工作于不对
称电源+1.35V/-4.15V,+4.15V/-1.35V 或他们之间任
何电压,只要总的电源电压不超过 OPA376 的最大
供电电压 5.5V 就好。
图1:创建一个1.25V精密基准电压
图2:利用INA149作为双输出精密基准电压
源。
图3:利用OPA192和REF5050构建不对称精
密基准电压源。
为了得到更高输出的精密基准电压,还可以将
REF5010 与差分放大器 INA149 一起使用,如图 2
所示。由于 INA149 是精密的单位增益(增益为 1)
差分放大器,其最大增益误差为 0.02%,以及最大
的失调电压 V
OS
为 1100µV,温漂系数为 15µV/°C,
将它与 10V 精密电压参考组合使用,可以得到一个
0.011%的输入失调相关的误差(1100µV/10V*100%)
以及 1.5ppm/°C 温漂(15µV/°C/10V * 1E+6)。 这 些
参数是在 REF5010 规定的最大初始精度和温度漂
移以内,从而确保双输出精密基准电压(如图 2 所
示)仍保留了 REF5010 的初始精度和温漂。
就供电电源而言,如图 2 的结构是可以工作在
+ 5.2V 的最小电压(REF5010 内部存在 200mV 的
最大压差)和-6.5V(INA149 的输出可以线性降低
至 1.5V 的负电源)。在高端,最高正电源可以高达
13V(受 REF5010 的最大总电压 18V 所限制),而
负电压,Vee 仅受 IAN149 的总供电电压 36V 决定,
因此可以在-30.8V(如果 V
CC
=5.2V)下工作,或-
23V(如果 V
CC
=13V)。
如图 2 所示,使用差分或仪表放大器(INAs),
并采用极好镭射精调内部电阻,以及温度系数的匹
配,这和图 1 所示的方案相比,其性能更高,成本
更低。因为图 1 所示的方案需要进行外部电阻匹配,
而匹配度优于 0.1%的电阻价格昂贵。
对于更高的电源电压工作,你还可以构建任意
精确的基准电压,使用基准电压 IC 如 REF5050,
以及一个高压精密放大器如 OPA192。通过适当缩
放 R1 到 R4 电阻的比例(见图 3), 可 以将标称参
考电压值配置成任何所需的电源大小。OPA192 的
最大输入失调电压为±25µV,温 漂 为 ±0.5µV/°C,可
以确保由此产生的精密基准电压(如图 3 所示)保
持了 REF5050 初始的精度和温漂,不过前提是外部
电阻要达到 0.01%匹配度。
对于图 3 电路的线性工作,最小正电源电压
(+1.2V)是 受 限 于 REF5050 的电压差 200mV。最
小负电源电压(-4.3V)是 基 于 OPA192 定义的高于
负电源的 300mV 输出摆幅。最大的正电源电压
(14V)是受限于 REF5050 最大输入电压(18V),
同时最大的负电源可以高达 -34.8V (如果
V
CC
=+1.2V)或 -22V(如果 V
CC
=14V), 这 仅 受 限 于
OPA192 的最大供电电压(36V)。
有多种方法可以将一个精密基准电压通过电
平转换到任何所需的电压。但是,你也必须特别小
心,不仅要正确选择外部元件如运算放大器,INAs
和电阻,同时也要保证最小/最大工作电源电压不会
降低了原始电路的整体性能。
5.
可调并联基准电压源
By Jose Gonzalez Torres
你有没有遇到这样一种情景,在你最喜欢的两
个甜点之间进行选择,并同时在想“为什么我不能
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