电压基准的特性及选用

电压基准的特性及选用

摘要从实际应用角度，介绍了电压基准的种类及特点，主要技术参数，选用电压基准的方法和注意事项。

关键词齐纳基准带隙基准 XFET基准初始精度温度系数

一、电压基准及其应用领域

电压基准可提供一个精度远比电压稳压器高的多的精确输出电压，作为某个电路系统中的参考比较电压，因而称其为基准。电压基准在某些方面与电压稳压器类似，但二者的用途绝然不同。电压稳压器除了向负载输出一个稳定电压外还要供给功率。电压基准的主要用途是为系统或负载提供一个精确的参考电压，而其输出电流通常在几至几十个毫安。

电压基准的用途十分广泛，典型的应用常见于数据采集系统，用于为模数变换器或数模变换器提供一个基准参考电压。另外，它还可用于各类开关或线性电压变换电路、仪器仪表电路和电池充电器中。

二、电压基准的主要参数

1. 初始精度（Initial Accuracy）

初始精度用于衡量一个电压基准输出电压的精确度或容限，即电压基准工作时，其输出电压偏离其正常值的大小。通常，初始精度采用百分数表示，它并非是一个电压单位，故需换算才能获得电压偏离值的大小。例如，一个标称电压为2.5V的基准，初始精度为±1%，则其电压精度范围为：

5.2～

5.2

=

1

×

±

=

±

%

.2

5.2

V

475

V525

.0

025

.2

在厂商的数据手册中，初始电压精度通常是在不加载或在特定的负载电流条件下测量的。对于电压基准而言，初始精度是一个最为重要的性能指标之一。

2. 温度系数（Temperature Coefficient）

温度系数（简称TC）用于衡量一个电压基准，其输出电压因受环境温度变化而偏离正常值的改变程度，它也是基准电压最重要的性能指标之一，通常用ppm/℃表示（ppm是英文part per million的缩写，1ppm表示百万分之一）。例如，一个基准标称电压为10V，温度系数为10ppm/℃，则环境温度每变化1℃，其输出电压改变10V×10×10-6=100μV。需注意的是，温度系数可能是正向的，即基准的输出电压随温度的升高而变大，也可能是负向的，即基准的输出电压随温度的升高而变小，具体可查看厂商数据手册中的温度曲线图表。

3. 热迟滞(Temperature Hysteresis)

当电压基准的温度从某一点开始经受变化，然后再次返回该温度点，前后二次在同一温度点测得的电压值之差即为热迟滞。该参数虽不如温度系数重要，但对于温度同期性变化超过25℃的情况仍是需引起重视的一个误差源。

4. 长期漂移(Long-term Drift)

在数日、数月或更长持续的工作期间，电压基准输出电压的慢变化称为长期漂移或稳定性，通常用ppm/1000h表示。当我们选用一个电压基准，要求它在持续数日、数周、数月基至数年的工作条件下保持输出电压精度，那么长期漂移便是一个必须考虑的性能参数。

5. 噪声（Noise）

Rs

并联基准

I Q

I F

R S

串联基准

I Q

图3 系统精度与基准温度系数TC 的关系

大多数电压基准的噪声电压相对其它误差而言绝对值较小，故对于精度不高的系统其影响并不突出，但对于高精度系统，需引起高度重视。对于宽带噪声，通过在输出端增加一个低ESR （等效串联电阻）电容或一个RC 滤波器就可有效加以抑制，但要注意所加电容的容量要按数据手册推荐的值选取，如果选得太大，可能引起振荡而破坏输出电压的稳定性，另一个后果是会使导通建立时间变长。至于0.1～10Hz 范围内的窄带1/5噪声，是基准中固有的且不能有效滤掉，故要仔细评估选择。

某些系统需长期工作，同时要求具有保持重复测量的一致性和稳定性，这时，基准的长期漂移性能指标就显得很重要。XFET 基准具有十分优良的长期漂移特性，故是最佳选择。

对于便携式系统，都要求低电压、低功耗，以便延长电池的使用时间。对于这类系统，选用XFET 基准是十分理想的，它们不仅能在低电压小电流下工作，同时还能保持很好的性能。ADI 公司的某些带隙基准如REF19X 和AD158X 系列也具备低电压、小静态电流的特性，因而也可用于便携式系统。但这些带隙基准的长期漂移、噪声以及温度系数指标不如XFET 基准。

参考文献：

1. Roya Nasraty XFET TM References

Analog Dialogue 1998 Analog Devices,Inc.

2. Perry Miller Texas Instruments, Doug Moore Thater Corp.

Precision voltage references

3. Roger kenyon A quik guide to voltage reference

Maxim Integrated Products

4. Analog Devices Inc, AD780 2.5V/3.0V High Precision Reference Datasheet T C (p p m /℃)

△T (基于25℃的变化)