系统性能受限于基准？试试“特点+规格”这个组合吧

作者：ADI公司

大多数系统设计人员都在电路设计中使用了电压基准，虽然很多人都同意“性能有可能最终受限于基准”的说法，但似乎并不清楚其中的原因。由于市面上供应的基准产品非常之多，因此设计人员在选择时往往基于价格与精度的权衡折衷，并仅仅将初始准确度和 TC（温度系数）规格用作精度的衡量尺度。随着技术、应用的发展，电压基准也有所发展，就重要性而言，诸如噪声、热稳定性、负载和电压调节以及尺寸等要求与显而易见的精度规格同样重要、甚至重要性更高。所以如今再沿用老式的电压基准IC进行设计，就无法满足系统所需的性能要求了。

电压基准是任何混合信号设计的核心，它设定了对任何信号进行评价的标准，因而确定了系统性能的极限。传统上，基准最明显的规格可以反映其总体平均性能，但是并不全面，还有一些影响系统性能的特点，虽然影响方式很细微，但同样重要。例如在高分辨系统中，噪声指标的重要性就有可能超出绝对输出；在汽车电路中，安全承受高电压或驱动重负载的能力，也许和精度一样重要。许多系统设计人员并未意识到，某些新型基准产品专门针对这些特殊应用进行了优化，例如ADI的串联基准电压LT6654、LTC6655 和 LT6656就选择了特点与规格相结合的组合，可使它们与常见的应用兼容。

在下图中可以看到，除了许多标准特点如高精度、低压差和面积小尺寸外，LT6654、LTC6655 和 LT6656这三款基准还具有专用特点的不同组合，例如极低的噪声、宽温度范围或宽电源范围，本文将介绍几种典型的系统以及它们所需的特点。



满足测试测量系统不打折扣的高精度

测试和测量系统要求不打任何折扣的最高精度及稳定性，它们还必须拥有尽可能低的噪声以确保实现可重复的测量，实例包括高精度万用表、电子天平和自动化测试设备。在正常情况下，齐纳基准是上佳的选择，然而很多系统并不具备齐纳基准所要求的供电余量，而且齐纳基准的可用输出电压数目有限，在需要低压差基准或输出电压低于5V的场合。精准基准LTC6655表现出色，而且还达到了齐纳基准的精度和稳定性，凭借0.025%的准确度、2ppm/℃ 的漂移以及所有基准IC中最低的噪声，提供了出众的性能和灵活性，其极低的噪声典型值仅为1/4 ppm，低于任何其他电压基准，从而使其成为ADI的LTZ1000超级齐纳基准同等系列级别的产品。



在数据采集系统中，低频噪声是最难消除的，因为高频噪声可利用平均处理有效地滤出或降低。LTC6655仅具有500mV的压差，因而与低电压电源兼容。此外，它还拥有7种输出电压选项，卓越的热迟滞 电压抑制和负载调节性能，并在3种温度条件下，进行了全面的测试以确保其品质。在电源电压不断下降的趋势下，LTC6655实现了极高的性能。如需更低噪声，则可并联连接多个LTC6655器件，如下图所示，噪声以基准数目的平方根而下降，因此该电路的噪声为一个基准的典型噪声的一半。



轻松应对汽车和工业应用中的高电源电压

汽车和工业应用领域对精度和噪声要求可能有所不同，但通常是相当严格的，真正的困难在于有可能会有很高的电源电压，例如工业系统或汽车负载突降故障。另一项挑战就是需要在很宽的温度范围内提供高性能，这可能从-40℃至125℃或更高温。低噪声基准LT6654可以符合非常宽范围的要求，它具有0.05%的准确度、10ppm/℃的漂移和仅1.6ppm的噪声，该器件能在宽电源范围内运作，从仅比基准电压高100mV至高达36V，输出驱动电流为10mA，具有8ppm/mA的负载调整率，并在整个频率范围内实现了卓越的电压抑制和负载调节性能，这些特点可有助于满足诸如大电流注入测试和抗电源噪声等特殊要求。此器件也可用作精准的稳压器，以实现最佳的总体系统性能。当然，其技术规格针对-40℃至125℃的温度范围，并采用SOT-23封装，因此几乎可在任何地方使用。总之，LT6654具有最佳的整体特性组合，因而能够合适非常宽广的应用范围。



完美匹配有低功率、高精度要求的便携式应用

便携式和远程安装系统需要使用非常低的功率但要保持高精度。低功率、高精度和坚固性设计（可容许电池系统中的常见故障情况）的组合对设计人员的基准IC选择造成了严重的限制。串联电压基准LT6656是一款独特的器件，在＜1μA的电源电流下具有0.05%准确度和10ppm/℃漂移，尽管功率不高，但它能提供高达5mA的输出驱动电流，因此也是一款精准的稳压器，并可用于给电路供电和提供一个基准。



另外 它还能承受电源和输出反向，而不会吸收大量的电流，这种特点组合确保了性能和可靠性，能够解决一度曾经被认为是很难解决的设计难题。当把某个基准推至其性能极限时，一些细微的影响将会导致误差的增加，这些影响包括由于热效应如IR回流焊和热迟滞所引起的输出电压漂移以及IC组件的长期漂移，而了解这些对于产品的成功设计可谓至关重要。ADI的芯片数据手册详细描述了这些影响，并提供了指引以实现期望的漂移以及改善稳定性的方法。ADI公司在这些高精度产品中，倾注了数十载的设计和制造经验会，并制造了一些当今世界上最高性能的基准产品，它们都运用了最先进的测试方法，在多种温度条件下进行全面测试，以确保这些高性能产品的质量。



总结

面对千差万别的众多产品，为系统设计选择最为合适的电压基准可以说是一项艰巨的任务。ADI提供的这几款产品均将谨慎选择的性能和特点，与最高质量的制造工艺相结合，大大简化了“如何选择电压基准”这一任务。除此之外，ADI公司提供的基准电压源产品有多种性能和温度等级，以及几乎所有已知的封装类型。从最高精度产品到小型廉价产品，应有尽有。凭借庞大的基准电压源产品库，ADI公司的基准电压源可满足几乎所有应用的需求。