一、基準(zhǔn)電壓源定義、規(guī)格：

基準(zhǔn)電壓源只是一個(gè)電路或電路元件，只要電路需要，它就能提供已知電位。這可能是幾分鐘、幾小時(shí)或幾年。如果產(chǎn)品需要采集真實(shí)世界的相關(guān)信息，例如電池電壓或電流、功耗、信號大小或特性、故障識別等，那么必須將相關(guān)信號與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。每個(gè)比較器、ADC、DAC或檢測電路必須有一個(gè)基準(zhǔn)電壓源才能完成上述工作 。將目標(biāo)信號與已知值進(jìn)行比較，可以準(zhǔn)確量化任何信號。

基準(zhǔn)電壓源有很多形式并提供不同的特性，但歸根結(jié)底，精度和穩(wěn)定性是基準(zhǔn)電壓源最重要的特性，因?yàn)槠渲饕饔檬翘峁┮粋€(gè)已知輸出電壓。相對于該已知值的變化是誤差。

基準(zhǔn)電壓源規(guī)格通常使用下述定義來預(yù)測其在某些條件下的不確定性：

初始精度

在給定溫度 (通常為25°C)下測得的輸出電壓的變化。雖然不同器件的初始輸出電壓可能不同，但如果對于給定器件是恒定的，那么很容易將其校準(zhǔn)。

溫度漂移

該規(guī)格是基準(zhǔn)電壓源性能評估使用最廣泛的規(guī)格，因?yàn)樗砻鬏敵鲭妷弘S溫度的變化。溫度漂移是由電路元件的缺陷和非線性引起的，因此常常是非線性的。

對于許多器件，溫度漂移 TC (以 ppm/°C 為單位) 是主要誤差源。對于具有一致漂移的器件，校準(zhǔn)是可行的。關(guān)于溫度漂移的一個(gè)常見誤解是認(rèn)為它是線性的。這導(dǎo)致了諸如“器件在較小溫度范圍內(nèi)的漂移量會較少”之類的觀點(diǎn)，然而事實(shí)常常相反。TC一般用“黑盒法”指定，以便讓人了解整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)的可能誤差。它是一個(gè)計(jì)算值，僅基于電壓的最小值和最大值，并不考慮這些極值發(fā)生的溫度。

對于在指定溫度范圍內(nèi)具有非常好線性度的基準(zhǔn)電壓源，或者對于那些未經(jīng)仔細(xì)調(diào)整的基準(zhǔn)電壓源，可以認(rèn)為最差情況誤差與溫度范圍成比例。這是因?yàn)樽畲蠛妥钚≥敵鲭妷簶O有可能是在最大和最小工作溫度下得到的。然而，對于經(jīng)過仔細(xì)調(diào)整的基準(zhǔn)電壓源(通常通過其非常低的溫度漂移來判定)，其非線性特性可能占主導(dǎo)地位。

長期穩(wěn)定性

該規(guī)格衡量基準(zhǔn)電壓隨時(shí)間變化的趨勢，與其他變量無關(guān)。初始偏移主要由機(jī)械應(yīng)力的變化引起，后者通常來源于引線框架、裸片和模塑化合物的膨脹率的差異。這種應(yīng)力效應(yīng)往往具有很大的初始偏移，爾后隨著時(shí)間推移，偏移會迅速減少。初始漂移還包含電路元件電氣特性的變化，其中包括器件特性在原子水平上的建立。更長期的偏移是由電路元件的電氣變化引起的，常常稱之為“老化”。與初始漂移相比，這種漂移傾向于以較低速率發(fā)生，并且會隨著時(shí)間推移變化速率會進(jìn)一步降低。因此，它常常用“漂移/√khr”來表示。在較高溫度下，基準(zhǔn)電壓源的老化速度往往也更快。

這一規(guī)格常常被忽視，但它也可能成為主要誤差源。它本質(zhì)上是機(jī)械性的，是熱循環(huán)導(dǎo)致芯片應(yīng)力改變的結(jié)果。經(jīng)過很大的溫度循環(huán)之后，在給定溫度下可以觀察到遲滯，其表現(xiàn)為輸出電壓的變化。它與溫度系數(shù)和時(shí)間漂移無關(guān)，會降低初始電壓校準(zhǔn)的有效性。

其他規(guī)格

根據(jù)應(yīng)用要求，其他可能重要的規(guī)格包括：

電壓噪聲

線性調(diào)整率/PSRR

負(fù)載調(diào)整率

壓差

電源電壓范圍

電源電流

二、基準(zhǔn)電壓源類型：

基準(zhǔn)電壓源主要有兩類：分流/并聯(lián)和串聯(lián)基準(zhǔn)二種類型。它們都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用場合，這些匯總在下圖中：

分流/并聯(lián)型基準(zhǔn)源 ：

分流基準(zhǔn)電壓源是2端器件，通常設(shè)計(jì)為在指定電流范圍內(nèi)工作。雖然大多數(shù)分流基準(zhǔn)電壓源是帶隙類型并提供多種電壓，但可以認(rèn)為它們與齊納二極管型一樣易用，分流/并聯(lián)基準(zhǔn)電壓源在功能上類似于穩(wěn)壓二極管，當(dāng)此器件流過最小工作電流后，其器件上的壓降保持恒定。并聯(lián)基準(zhǔn)作為一個(gè)固定壓降來調(diào)節(jié)負(fù)載， 并且將負(fù)載不需要的電流分流到地。

最常見的電路是將基準(zhǔn)電壓源的一個(gè)引腳連接到地，另一個(gè)引腳連接到電阻。電阻的另一個(gè)引腳連接到電阻。電阻的另一個(gè)引腳連接到電源。這樣，它實(shí)質(zhì)上變成一個(gè)三端電路。基準(zhǔn)電壓源和電阻的公共端是輸出。電阻電壓源和電阻的公共端是輸出。電阻的選擇必須適當(dāng)，使得在整個(gè)電源范圍和負(fù)載電流范圍內(nèi)，通過基準(zhǔn)電壓源的最小和最大電流都在額定范圍內(nèi)。

外部電阻用來設(shè)定總的電源電流，其壓降為輸入電源與基準(zhǔn)電壓二者的壓差，如圖 下圖所示。

最大負(fù)載電流是由輸入電壓和外部電阻大小決定。隨著負(fù)載的變化，并聯(lián)基準(zhǔn)將吸收掉多余的電流。外部電阻大小，可以由方程 1 和 2 計(jì)算得到最小值(RS_MIN)和最大值(RS_MAX)。

串聯(lián)型基準(zhǔn)源：

串聯(lián)基準(zhǔn)電壓源是三(或更多)端器件。它更像低壓差(LDO)穩(wěn)壓器，因此其許多優(yōu)點(diǎn)是相同的。最值得注意的是，其在很寬的電源電壓范圍內(nèi)消耗相對固定的電源電流，并且只在負(fù)載需要時(shí)才傳導(dǎo)負(fù)載電流。這使其成為電源電壓或負(fù)載電流有較大變化的電路的理想選擇。它在負(fù)載電流非常大的電路中特別有用，因?yàn)榛鶞?zhǔn)電壓源和電源之間沒有串聯(lián)電阻。下圖即為一個(gè)典型的串聯(lián)基準(zhǔn)電路。

對于串聯(lián)基準(zhǔn)而言，要求輸入電壓大小至少等于輸出電壓并加上一定的裕量，輸入與輸出之間額外的電壓稱之為壓差，它一般隨著負(fù)載電流增加而增加。串聯(lián)基準(zhǔn)有可能包含一個(gè)使能功能，當(dāng)不需要輸出電壓時(shí)，可以通過外部信號使能或禁用器件，這樣可以節(jié)省功耗。

三、如何選擇基準(zhǔn)電壓源：

電源電壓是否非常高?選擇分流基準(zhǔn)電壓源。

電源電壓或負(fù)載電流的變化范圍是否很大?選擇串聯(lián)基準(zhǔn)電壓源。

是否需要高功效比?選擇串聯(lián)基準(zhǔn)電壓源。.

確定實(shí)際溫度范圍。

精度要求應(yīng)切合實(shí)際。了解應(yīng)用所需的精度非常重要。這有助于確定關(guān)鍵規(guī)格。考慮到這一要求，將溫度漂移乘以指定溫度范圍，加上初始精度誤差、熱遲滯和預(yù)期產(chǎn)品壽命期間的長期漂移，減去任何將在出廠時(shí)校準(zhǔn)或定期重新校準(zhǔn)的項(xiàng)，便得到總體精度。對于要求最苛刻的應(yīng)用，還可以增加噪聲、電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率誤差。

實(shí)際電源范圍是什么?最大預(yù)期電源電壓是多少?是否存在基準(zhǔn)電壓源IC必須承受的故障情況，例如電池電源切斷或熱插拔感應(yīng)電源尖峰等?這可能會顯著減少可選擇的基準(zhǔn)電壓源數(shù)量。

基準(zhǔn)電壓源的功耗可能是多少?基準(zhǔn)電壓源往往分為幾類：大于 1mA，~500μA，<300μA，<50μA，<10μA，<1μA。

負(fù)載電流有多大?負(fù)載是否會消耗大量電流或產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓源必須吸收的電流?很多基準(zhǔn)電壓源只能為負(fù)載提供很小電流， 很少基準(zhǔn)電壓源能夠吸收大量電流。負(fù)載調(diào)整率規(guī)格可以有效說明這個(gè)問題。

安裝空間有多少?基準(zhǔn)電壓源 的 封 裝 多 種 多 樣，包 括 金屬帽殼、塑料封裝 (DIP、SOIC、SOT)和非常小的封裝。人們普遍認(rèn)為，較大封裝的基準(zhǔn)電壓源因機(jī)械應(yīng)力引起的誤差要小于較小封裝的基準(zhǔn)電壓源。雖然確有某些基準(zhǔn)電壓源在使用較大封裝時(shí)性能更好，但有證據(jù)表明，性能差異與封裝大小沒有直接關(guān)系。更有可能的是，由于采用較小封裝的產(chǎn)品使用的芯片較小，所以必須對性能進(jìn)行某種取舍以適應(yīng)芯片上的電路。通常，封裝的安裝方法對性能的影響比實(shí)際封裝還要大，密切注意安裝方法和位置可以最大限度地提高性能。此外，當(dāng) PCB 彎曲時(shí)，占位面積較小的器件相比占位面積較大的器件，應(yīng)力可能更小。

審核編輯：湯梓紅