如何选择基准电压源

一、基准电压源定义、规格：

基准电压源只是一个电路或电路元件，只要电路需要，它就能提供已知电位。这可能是几分钟、几小时或几年。如果产品需要采集真实世界的相关信息，例如电池电压或电流、功耗、信号大小或特性、故障识别等，那么必须将相关信号与一个标准进行比较。每个比较器、ADC、DAC或检测电路必须有一个基准电压源才能完成上述工作 。将目标信号与已知值进行比较，可以准确量化任何信号。

基准电压源有很多形式并提供不同的特性，但归根结底，精度和稳定性是基准电压源最重要的特性，因为其主要作用是提供一个已知输出电压。相对于该已知值的变化是误差。

基准电压源规格通常使用下述定义来预测其在某些条件下的不确定性：

初始精度

在给定温度 (通常为25°C)下测得的输出电压的变化。虽然不同器件的初始输出电压可能不同，但如果对于给定器件是恒定的，那么很容易将其校准。

温度漂移

该规格是基准电压源性能评估使用最广泛的规格，因为它表明输出电压随温度的变化。温度漂移是由电路元件的缺陷和非线性引起的，因此常常是非线性的。

对于许多器件，温度漂移 TC (以 ppm/°C 为单位) 是主要误差源。对于具有一致漂移的器件，校准是可行的。关于温度漂移的一个常见误解是认为它是线性的。这导致了诸如“器件在较小温度范围内的漂移量会较少”之类的观点，然而事实常常相反。TC一般用“黑盒法”指定，以便让人了解整个工作温度范围内的可能误差。它是一个计算值，仅基于电压的最小值和最大值，并不考虑这些极值发生的温度。

对于在指定温度范围内具有非常好线性度的基准电压源，或者对于那些未经仔细调整的基准电压源，可以认为最差情况误差与温度范围成比例。这是因为最大和最小输出电压极有可能是在最大和最小工作温度下得到的。然而，对于经过仔细调整的基准电压源(通常通过其非常低的温度漂移来判定)，其非线性特性可能占主导地位。

长期稳定性

该规格衡量基准电压随时间变化的趋势，与其他变量无关。初始偏移主要由机械应力的变化引起，后者通常来源于引线框架、裸片和模塑化合物的膨胀率的差异。这种应力效应往往具有很大的初始偏移，尔后随着时间推移，偏移会迅速减少。初始漂移还包含电路元件电气特性的变化，其中包括器件特性在原子水平上的建立。更长期的偏移是由电路元件的电气变化引起的，常常称之为“老化”。与初始漂移相比，这种漂移倾向于以较低速率发生，并且会随着时间推移变化速率会进一步降低。因此，它常常用“漂移/√khr”来表示。在较高温度下，基准电压源的老化速度往往也更快。

这一规格常常被忽视，但它也可能成为主要误差源。它本质上是机械性的，是热循环导致芯片应力改变的结果。经过很大的温度循环之后，在给定温度下可以观察到迟滞，其表现为输出电压的变化。它与温度系数和时间漂移无关，会降低初始电压校准的有效性。

其他规格

根据应用要求，其他可能重要的规格包括：

电压噪声

线性调整率/PSRR

负载调整率

压差

电源电压范围

电源电流

二、基准电压源类型：

基准电压源主要有两类：分流/并联和串联基准二种类型。它们都有自己的优缺点和应用场合，这些汇总在下图中：

分流/并联型基准源 ：

分流基准电压源是2端器件，通常设计为在指定电流范围内工作。虽然大多数分流基准电压源是带隙类型并提供多种电压，但可以认为它们与齐纳二极管型一样易用，分流/并联基准电压源在功能上类似于稳压二极管，当此器件流过最小工作电流后，其器件上的压降保持恒定。并联基准作为一个固定压降来调节负载， 并且将负载不需要的电流分流到地。

最常见的电路是将基准电压源的一个引脚连接到地，另一个引脚连接到电阻。电阻的另一个引脚连接到电阻。电阻的另一个引脚连接到电源。这样，它实质上变成一个三端电路。基准电压源和电阻的公共端是输出。电阻电压源和电阻的公共端是输出。电阻的选择必须适当，使得在整个电源范围和负载电流范围内，通过基准电压源的最小和最大电流都在额定范围内。

外部电阻用来设定总的电源电流，其压降为输入电源与基准电压二者的压差，如图 下图所示。

最大负载电流是由输入电压和外部电阻大小决定。随着负载的变化，并联基准将吸收掉多余的电流。外部电阻大小，可以由方程 1 和 2 计算得到最小值(RS_MIN)和最大值(RS_MAX)。

串联型基准源：

串联基准电压源是三(或更多)端器件。它更像低压差(LDO)稳压器，因此其许多优点是相同的。最值得注意的是，其在很宽的电源电压范围内消耗相对固定的电源电流，并且只在负载需要时才传导负载电流。这使其成为电源电压或负载电流有较大变化的电路的理想选择。它在负载电流非常大的电路中特别有用，因为基准电压源和电源之间没有串联电阻。下图即为一个典型的串联基准电路。

对于串联基准而言，要求输入电压大小至少等于输出电压并加上一定的裕量，输入与输出之间额外的电压称之为压差，它一般随着负载电流增加而增加。串联基准有可能包含一个使能功能，当不需要输出电压时，可以通过外部信号使能或禁用器件，这样可以节省功耗。

三、如何选择基准电压源：

电源电压是否非常高?选择分流基准电压源。

电源电压或负载电流的变化范围是否很大?选择串联基准电压源。

是否需要高功效比?选择串联基准电压源。.

确定实际温度范围。

精度要求应切合实际。了解应用所需的精度非常重要。这有助于确定关键规格。考虑到这一要求，将温度漂移乘以指定温度范围，加上初始精度误差、热迟滞和预期产品寿命期间的长期漂移，减去任何将在出厂时校准或定期重新校准的项，便得到总体精度。对于要求最苛刻的应用，还可以增加噪声、电压调整率和负载调整率误差。

实际电源范围是什么?最大预期电源电压是多少?是否存在基准电压源IC必须承受的故障情况，例如电池电源切断或热插拔感应电源尖峰等?这可能会显著减少可选择的基准电压源数量。

基准电压源的功耗可能是多少?基准电压源往往分为几类：大于 1mA，~500μA，<300μA，<50μA，<10μA，<1μA。

负载电流有多大?负载是否会消耗大量电流或产生基准电压源必须吸收的电流?很多基准电压源只能为负载提供很小电流， 很少基准电压源能够吸收大量电流。负载调整率规格可以有效说明这个问题。

安装空间有多少?基准电压源 的 封 装 多 种 多 样，包 括 金属帽壳、塑料封装 (DIP、SOIC、SOT)和非常小的封装。人们普遍认为，较大封装的基准电压源因机械应力引起的误差要小于较小封装的基准电压源。虽然确有某些基准电压源在使用较大封装时性能更好，但有证据表明，性能差异与封装大小没有直接关系。更有可能的是，由于采用较小封装的产品使用的芯片较小，所以必须对性能进行某种取舍以适应芯片上的电路。通常，封装的安装方法对性能的影响比实际封装还要大，密切注意安装方法和位置可以最大限度地提高性能。此外，当 PCB 弯曲时，占位面积较小的器件相比占位面积较大的器件，应力可能更小。

审核编辑：汤梓红