将混合信号电压基准提升至更高的电平

作者：Bonnie C. Baker，德州仪器 (TI) 高级工程师
从我的前一篇文章，我们了解到混合信号应用的电压基准可以成就一个系统，也可以毁掉一个系统。嘈杂或者极不稳定基准的最大影响位于或者靠近转换器的满量程输出。通过在市场上寻找最低噪声、最高精确度的稳定基准源可以改善这一情况——但还是让我们来努力寻求另一款解决方案吧。目前，现金流有点紧张，而一个小的设计技巧可以让我们转危为安。

首先，请想象一下转换器基准引脚输入的输入与输出。图1显示了电荷峰值的一个例子，其可出现在转换期间现代ADC的电压基准引脚上。上方曲线（轨迹 4）为转换器的开始转换信号。如图1所示，转换过程期间，ADC的电压基准引脚（轨迹 1）要求不同数量的电荷。在该图中，示波器的低电容探针捕获到一个10 kOhm电阻器中出现的压降，该电阻器位于AD电压基准引脚输入和电压基准输出之间。ADC的电压基准必须能够适应这些高频电荷峰值。


图1 现代ADC基准输入引脚的进出电流

电压基准在二端分流器或三端串联配置中有效。图2显示了这两个电压基准选项之间的差异。图2 (a)（二端分流器电压基准）所示基准名称意味着整个分流器基准IC芯片与其负载并联工作。利用一个分流器电压基准，您可以将一个输入电压施加于连接阴极的电阻器。该器件的典型初始电压精确度可以低至0.5%到5%，且温度系数约为50到100 μV/°C。分流器电压基准可能适合于8位以下的转换器。


图2 二端分流器（a）和三端串联（b）电压基准结构图

图2 (b) 所示串联电压基准与其负载串联工作。一个内部带隙电压与一个内部放大器一起创建了这种基准的输出电压。串联电压基准产生一个位于输出和接地之间的输出电压，同时向外部负载提供适当的输出电流。随着负载电流的增加或减少，串联基准维持 VOUT 的电压。

串联基准的典型初始电压精确度可低至0.05%至0.5%，并具有高达2.5 ppm/°C的温度系数。由于串联基准的优异初始电压和过温性能，我们可在驱动精确ADC和DAC的基准引脚时使用这种器件。超过8（LSB 尺寸=0.39%）或14（LSB尺寸=0.006%）分辨率位后，外部串联电压基准可保证您使用转换器能够达到想要的精确度。