幾款經典高性能電壓基準比較分析，尋求性能和特點優(yōu)化的解決方案
[導讀]在這個模擬的世界里，無論汽車、微波爐還是手機，所有電子設備都必須以某種方式與“真實”世界交互，電子設備必須能夠將真實世界映射到電子世界中的可測的量(電壓)。要測量電壓，你需要一個衡量標準，該標準就是基準電壓。長期以來，在所有可用的電壓基準類型中，帶隙電壓基準因其特點與性能的組合，...
在這個模擬的世界里，無論汽車、微波爐還是手機，所有電子設備都必須以某種方式與“真實”世界交互，電子設備必須能夠將真實世界映射到電子世界中的可測的量(電壓)。要測量電壓，你需要一個衡量標準，該標準就是基準電壓。
長期以來，在所有可用的電壓基準類型中，帶隙電壓基準因其特點與性能的組合，一直是最佳的選擇。但與掩埋式齊納基準相比，它們并未始終提供最佳的性能?；蛘?，帶隙架構使得設計具備眾多有用特點的基準成為可能，包括低壓差、寬溫度范圍、低功率、小尺寸、寬工作范圍和寬負載電流能力。
電壓基準源的作用：將數據采集與真實世界進行關聯這些特點催生了大量的精準型 LDO 穩(wěn)壓器和高精度電壓基準。隨著時間的過去，帶隙基準的性能有所改善，并在某些場合中超越了掩埋式齊納基準的穩(wěn)定性和噪聲，同時保持了源于不斷增加之特點的靈活性。本文將介紹幾款經典的電壓基準，并對其性能進行比較分析。
高階溫度補償確保低且可預知的輸出電壓誤差
下圖示出了溫度特性，曲線圖示出了一個 1ppm/°C 的方框。在寬溫度范圍內，LT6657 的輸出電壓完全處于該方框之內，這容許在自動化生產中測試 1.5ppm/°C 規(guī)格指標。LT6657 在?-40°C 至 125°C 的溫度范圍內規(guī)定了低漂移，在整個溫度范圍內提供了?<250ppm 的最大保證誤差。
高階溫度補償在整個溫度范圍內保持了低且可預知的輸出電壓誤差，而最先進的制造工藝則在器件之間和批次之間提供了一致的性能。為了確保裝運的每個 LT6657 都滿足這種高性能水平，LT6657 的溫度系數由 100% 的五溫度測試提供保證。
?LT6657輸出電壓溫度曲線可以做個比較，LTC6655 一直是市面上性能最高的帶隙電壓基準之一。其在?-40°C 至 125°C 的范圍內 2ppm/°C 的漂移指標優(yōu)于幾乎任何其他電壓基準產品。和 LT6657 一樣，該性能指標難以在試驗臺上測試，而且要在制造過程中予以保證，是難以置信挑的戰(zhàn)性。
許多相似的產品可能通過特性分析或樣片測試來保證穩(wěn)定性，而 LTC6655 則利用 100% 的三溫度測試提供保證。制造過程中的這種謹慎度顯示了生產真正的高穩(wěn)定性產品所必須保持的質量水準。與 LTC6655 相比，LT6657 更加穩(wěn)定，1.5ppm/°C 漂移，而且該性能是利用 100% 的五溫度測試給予保證的。
除了實驗室儀表之外，這還為汽車和擴展溫度工業(yè)應用提供了新的精準水平。在整體穩(wěn)定性上增加的是低的熱遲滯和卓越的長期穩(wěn)定性，這些是衡量系統(tǒng)隨著時間推移和溫度循環(huán)將在規(guī)格限定的范圍內保持何等水平。測試驗證表明，隨著時間推移和溫度循環(huán)所產生的漂移是很低而且一致。當這些特性表現良好時，可比較容易地在產品使用期限內預測漂移。
幾款基準電壓源的噪聲特性比較
采用 LT6657 時，噪聲性能與某些最佳的低噪聲掩埋式齊納基準不相上下——LT6657 的噪聲僅為?0.5ppm，特別適合許多高動態(tài)范圍系統(tǒng)。對于一個 2.5V 基準，LT6657 在?0.1 至 10Hz 范圍內僅產生 1.25μV 峰至峰噪聲。寬帶噪聲也很低，至 1kHz 為?0.8ppm RMS。
前面提到了LTC6655引人注目的穩(wěn)定性，除此之外，LTC6655 還擁有無可比擬的噪聲性能，從而使其有別于其他的高穩(wěn)定性帶隙電壓基準，包括 LT6657。LTC6655 在?0.1 至 10Hz 具有?0.25ppm 峰至峰噪聲，為高動態(tài)范圍測量提供了所需的低噪聲層。值得一提的是，雖然 LTC6655 具備高精度和世界領先的噪聲性能，以及許多非常好的特性，但這些是以犧牲一定的靈活性為代價的。
LTC6654、LTC6655和LT6657主要性能比較特別地，相比于 LT6654 等產品，LTC6655 的輸入電壓范圍和輸出電流范圍是受限的。在帶隙基準中可提供眾多特性的一個例子是 LT6654。該 10ppm/°C 電壓基準是一款極佳的通用型產品，其性能足以滿足廣泛應用的要求，并擁有使其可兼容幾乎任何應用的眾多特點。
LT6654 的特點包括低漂移、低噪聲、低壓差和至 36V 的寬電源范圍、寬溫度范圍、低的熱遲滯和優(yōu)良的長期穩(wěn)定性、卓越的電壓和負載調節(jié)性能、以及 7 種可用的輸出電壓選項。該器件是堅固的，具有 10mA 的負載電流供應和吸收能力，以及過流和熱限制電路。
LT6654輸出阻抗很低，針對有可能由于環(huán)境條件或大電流注入等測試而出現在應用電路中的干擾提供了良好的抑制。這些特點允許其在低電壓或高電壓系統(tǒng)中使用，具備給傳感器或信號調理電路施加偏置的能力，同時保持一個精準的輸出電壓。
電壓基準需要性能全面評估產品性能
電壓基準常常因為追求更高的性能，必須在眾多特性之間做出設計上的權衡優(yōu)化選擇，難免可能缺乏靈活性和兼容性，如何提出更具針對性的產品是解決方案提供商需要考慮的。綜合而言，LT6657在很多方面是“優(yōu)選”。
除了高穩(wěn)定性和低噪聲之外，LT6657 還增添了許多特點。與ADI的大多數電壓基準產品一樣，LT6657整個頻率范圍內的輸出阻抗是很低，這減輕了負載隨頻率而發(fā)生之變化所產生的影響，有助于防止信號對基準實施反饋并引起干擾、誤差或噪聲。這對于在驅動一個高性能模數轉換器時的基準穩(wěn)定，或安然經受汽車系統(tǒng)中的大電流注入等運行測試，這也是至關緊要的。
LT6657 還擁有強大的驅動能力。負載電流范圍為 10mA (供應和吸收)，負載調節(jié)誤差小于 1ppm/mA，而且 LT6657 擁有過流和熱保護功能，以避免器件在故障情況下受損。LT6657 可用于對多種傳感器施加偏置，驅動難對付的 ADC 基準輸入，驅動多個 ADC 和 DAC，或為一個具有基準級精度的小型子系統(tǒng)供電。
從對比圖可容易地看到：LT6657 擁有可媲美任何可用電壓基準的性能，具有豐富齊全的功能特性。除了電壓基準共有的特點之外，LT6657 還具備更多的幾項優(yōu)勢，包括針對反向電源和反向輸出的保護功能，從而可在艱難的環(huán)境中提供更加穩(wěn)健的性能。這些特點在 LDO 電源中是經?？吹降?，但是在精準型產品中則并不常見。
最后，LT6657 可充當一個并聯以及串聯基準。并聯模式操作使得可以容易地配置一個負電壓基準，采用一個非常高的電源電壓工作，或改進某款較舊的設計以提供更好的性能。
總之，LT6657 擁有高精度、低噪聲和高穩(wěn)定性，以及由其眾多特點所提供的靈活性。LT6657 具備的其他特點和性能與區(qū)別制造相結合，一定會使其成為許多應用電路的最佳選擇，包括實驗室測試設備、自動化測試、甚至汽車和工業(yè)系統(tǒng)，在此類應用中，高性能與眾多特點的組合使其能兼容于眾多的系統(tǒng)要求。
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