高精度電壓基準(zhǔn)REF102及其應(yīng)用

概述

REF102是高精度10V電壓基準(zhǔn)集成電路。經(jīng)激光調(diào)校后其溫漂在工業(yè)溫度范圍內(nèi)低至2.5ppm/?C，而在軍品溫度范圍內(nèi)也可達(dá)到5ppm/?C。由于REF102無需外加恒溫裝置，因而功耗低、升溫快、穩(wěn)定性好、噪聲低。REF102的輸出電壓幾乎不隨供電電源電壓及負(fù)載變化。通過調(diào)整外接電阻，輸出電壓的穩(wěn)定性及溫度漂移可降到最小。11.4V至36V的單電源供電電壓及優(yōu)異的全面性能使REF102成為儀器、A/D、D/A及高精度直流電源應(yīng)用的理想選擇。

REF102的特點(diǎn)及引腳功能

●高精度輸出：+10V 0.0025V 
●超低溫度漂移：≤2.5ppm/?C
●高穩(wěn)定性：5ppm/1000小時(shí)（典型值）
●高負(fù)載調(diào)整率：≤1ppm/V，≤10ppm/mA
●寬供電電壓范圍：11.4VDC至36VDC
●低噪聲：?5 Vp-p?(0.1Hz至10Hz內(nèi))
●低靜態(tài)電流：≤1.4mA

在REF的組成方框圖中，埋層齊納二極管DZ1提供約8.2V電壓加到運(yùn)放A1的同相端。電阻R1、R2及R3經(jīng)激光調(diào)校后確保輸出為準(zhǔn)確的10V。DZ1的偏置電流由輸出電壓經(jīng)R4提供。R5與外接在Trim腳上的電阻一起，供用戶調(diào)整運(yùn)放的增益，從微調(diào)輸出電壓。由于R5的溫度系數(shù)與R1、R2、R3嚴(yán)格匹配，所以微調(diào)輸出電壓時(shí)對(duì)其溫度漂移影響極小。輸出電壓中的噪聲主要是埋層齊納二極管引起的，故實(shí)際應(yīng)用是要在8卻和4腳間加上旁路電容，與R6形成低通濾波器以濾除DZ1上的噪聲。


實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

?REF102是高性能集成電路。為了能在實(shí)際應(yīng)用中充分發(fā)揮器件的性能，應(yīng)當(dāng)注意板圖設(shè)計(jì)、輸出噪聲抑制設(shè)計(jì)及輸出電壓微調(diào)電路設(shè)計(jì)。


板圖設(shè)計(jì)

板圖設(shè)計(jì)時(shí)，?"菊花"型布線可有效地降低輸出電壓誤差、輸出噪聲及電源耦合噪聲。公共地線應(yīng)當(dāng)按圖2所示連接以確保耦合電阻最小。公共地線、供電電源線尤其是連接負(fù)載的導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)導(dǎo)電性能良好，可選用粗銅線或鍍銀銅線。實(shí)際上，連接負(fù)載的導(dǎo)線若有0.1?的串聯(lián)電阻，則當(dāng)負(fù)載電流為10mA時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生1mV的輸出誤差電壓，這將嚴(yán)重影響基準(zhǔn)電壓源輸出電壓的精度。


輸出電壓調(diào)整

輸出電壓調(diào)整電路如圖3所示。原集成電路內(nèi)部的電阻經(jīng)溫度系數(shù)匹配設(shè)計(jì)、阻值經(jīng)過激光調(diào)校后，其抑制溫度漂移的電路設(shè)計(jì)已達(dá)到最佳，外接電阻調(diào)整輸出電壓必然會(huì)引起輸出電壓的額外溫度漂移。圖3中的微調(diào)電阻R1經(jīng)大電阻Rs接到輸出調(diào)整腳，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出進(jìn)行精細(xì)調(diào)整。Rs很大，達(dá)1M ，不僅可實(shí)現(xiàn)精細(xì)調(diào)整，而且大大降低了R1與內(nèi)部電阻溫度系數(shù)失配引入的溫漂。調(diào)整電位器應(yīng)選用高質(zhì)量的，特別是接觸可靠、觸點(diǎn)無抖動(dòng)。

噪聲衰減

REF102的輸出噪聲主要是來自于埋層齊納二極管。在8腳與地之間并上電容（圖5中的C3），與R6（參見圖1）一起構(gòu)成低通濾波器可有效地衰減高頻噪聲。當(dāng)外接電容為1?F時(shí)，與7k 的R6形成的低通濾波器截止頻率為23Hz。若要進(jìn)一步抑制噪聲，可適當(dāng)提高噪聲衰減電容的電容量。

典型應(yīng)用

低噪聲+10V精確電壓基準(zhǔn)

在對(duì)弱信號(hào)的檢測(cè)過程中，往往要用高精度的A/D把弱信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送給微控制器進(jìn)一步處理。對(duì)于16位、5V參考源的A/D，其量化誤差僅為20?V。普通穩(wěn)壓電源輸出電壓因紋波太大而無法保證A/D的精度，而REF02的噪聲電壓僅為5?V，可以保證A/D的精度。圖4是低噪聲+10V精確電壓基準(zhǔn)。為了進(jìn)一步濾除基準(zhǔn)源輸出的噪聲，輸出端增加了一節(jié)低通濾波器。圖中，運(yùn)放用作電壓跟隨器，R1、C1是低通濾波器，用于濾除REF102輸出電壓中的噪聲以及運(yùn)放的內(nèi)部噪聲。3dB截止頻率為1/2?R1C1?。R2、C2用來改善運(yùn)放閉環(huán)工作的穩(wěn)定性。 +10V/-10V 雙路電壓基準(zhǔn)

有的器件如運(yùn)放需要雙路電源供電，以獲得更好的性能。正常運(yùn)用的REF02只能輸出單路+10V。圖5給出了輸出+10V、-10V雙路基準(zhǔn)源的實(shí)現(xiàn)電路。圖中，第一路+10V輸出直接取自于REF102的6腳。當(dāng)然，也可應(yīng)用圖4電路來進(jìn)一步濾除噪聲。第二路-10V輸出實(shí)際上借助于單位增益反相運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)的。為了保證-10V的高精度及溫度穩(wěn)定性，運(yùn)放的選擇與設(shè)計(jì)必須仔細(xì)，如采取措施來抑制零漂等。相對(duì)來說，-10V的溫度穩(wěn)定性和精度都不及+10V。盡管如此，在需要正、負(fù)對(duì)稱電壓源時(shí)，與任何穩(wěn)壓電源輸出的電壓相比，這一方案提供的電壓穩(wěn)定性與噪聲性能都要好得多。