單電壓基準(zhǔn)與雙電壓基準(zhǔn)的對(duì)決-II

　　在我上一個(gè)帖子中，我們討論了生成兩個(gè)高精度電壓基準(zhǔn)輸出的三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。今天，我們將從三個(gè)方面，即他們輸出之間的總體誤差、漂移跟蹤和匹配，來(lái)比較這三種解決方案的性能。

　　總體誤差

　　方程式 (1) 將用百分比 (%) 給出的技術(shù)規(guī)格轉(zhuǎn)換為百萬(wàn)分比 (ppm) 表示的技術(shù)規(guī)格。

　　(方程式1)

　　每個(gè)電壓輸出的總體誤差性能指標(biāo)取決于他的初始精度和工作溫度范圍內(nèi)的漂移，如方程式(2) 中所給出的那樣。

　　(方程式2)

　　在解決方案1中，由于在數(shù)據(jù)表中沒(méi)有指定LM4140B的漂移典型值，我們使用70ºC溫度范圍內(nèi)的最大漂移技術(shù)規(guī)格來(lái)進(jìn)行計(jì)算。在解決方案2中，偏移電壓 (VBIAS) 由REF5030A，電阻器網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)緩沖器產(chǎn)生。因此，正如第一部分中方程式 (1) 所指定的那樣，初始精度和漂移可以表示為這三個(gè)誤差源的RSS值。由于REF2030和REF5030A使用打包方法來(lái)確定漂移，計(jì)算的溫度范圍為整個(gè)工作溫度范圍，或者說(shuō)165ºC。

　　表1顯示VREF在解決方案1和解決方案2中具有相同的性能時(shí)，他的VBIAS輸出的誤差會(huì)大很多。需要注意的是，VBIAS在解決方案2中的誤差包括來(lái)自VREF的誤差。由于兩個(gè)輸出上的高初始精度和低溫度漂移，解決方案3在三個(gè)解決方案中具有最低誤差。

　　表1：每個(gè)輸出電壓誤差原因比較

　　漂移跟蹤和匹配

　　這個(gè)雙輸出系統(tǒng)的另外一個(gè)重要技術(shù)規(guī)格是漂移跟蹤，這個(gè)參數(shù)描述了特定溫度范圍內(nèi)兩個(gè)電壓之間的匹配準(zhǔn)確度，計(jì)算方法如方程式 (3) 所示。圖1顯示了REF2030的漂移跟蹤性能典型值。

　　(方程式3)

　　圖1：VREF和VBIAS跟蹤與溫度之間的關(guān)系圖

　　由于我們?cè)诮鉀Q方案1中采用了兩個(gè)獨(dú)立的電壓基準(zhǔn)，理論上來(lái)講，這兩個(gè)基準(zhǔn)也許不會(huì)直接相互跟蹤，所以跟蹤是他們最大溫度漂移 (11 ppm/ºC) 的RSS值。由于LM4140B的額定溫度范圍只在0°C至70ºC之間，這個(gè)漂移跟蹤只適用于這個(gè)溫度范圍。

　　在解決方案2中，由于VREF的誤差在兩個(gè)輸出上同時(shí)存在，VREF和VBIAS之間的漂移跟蹤 (δTracking) 只取決于電阻器網(wǎng)絡(luò) (δRES) 和緩沖器 (δBUF) 的漂移，計(jì)算方法如方程式 (4) 所示。

　　(方程式4)

　　在確定初始精度誤差的情況下，我們也可以計(jì)算輸出在RSS方面的匹配程度(在溫度為25ºC時(shí))，計(jì)算方法如方程式 (5) 所示。

　　表2顯示了比較匯總。請(qǐng)注意，解決方案中的漂移跟蹤和輸出匹配在很大程度上取決于電阻器的精度。雖然解決方案2中兩個(gè)輸出的跟蹤稍微好一些，但是輸出間的匹配要遠(yuǎn)遠(yuǎn)遜色于解決方案3。實(shí)際上，解決方案3要比解決方案好大約900ppm。這意味著，僅僅將漂移減少2 ppm/°C就需要解決方案2中的溫度變化達(dá)到450°C，這樣才能使其變?yōu)楦訙?zhǔn)確的解決方案。計(jì)算結(jié)果的更多細(xì)節(jié)請(qǐng)參考data.xlsx。

　　表2：輸出匹配和漂移跟蹤比較

　　從計(jì)算結(jié)果中我們了解到解決方案3在大多數(shù)情況下具有最佳總體性能。然而，在現(xiàn)實(shí)中，模擬工程師必須考慮除性能以外的更多因素。請(qǐng)密切關(guān)注下周的博文，到時(shí)我們將從PCB空間和成本方面比較三個(gè)解決方案。