高精度低噪声电压基准源MAX6126：特性、应用与设计要点

引言

在电子设计领域，高精度、低噪声的电压基准源是众多应用的关键元件。MAX6126作为一款超高精度、超低噪声的串联电压基准源，凭借其出色的性能，在高分辨率模数和数模转换器、自动测试设备（ATE）、高精度参考标准等领域有着广泛的应用。本文将详细介绍MAX6126的特性、应用以及设计过程中的注意要点。

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产品概述

基本特性

MAX6126是一款超低噪声、高精度、低压差电压基准源。它采用了曲率校正电路和高稳定性、激光微调的薄膜电阻，实现了3ppm/°C（最大值）的温度系数和优异的±0.02%（最大值）初始精度。其专有的低噪声参考架构产生了1.3μVP - P的低闪烁噪声，在2.048V输出时宽带噪声低至60nV/√Hz，并且无需像传统低噪声基准源那样增加电源电流。通过在降噪引脚添加0.1μF电容，可将宽带噪声改善至35nV/√Hz，并提高交流电源抑制能力。

工作参数

• 电源电压范围：MAX6126系列可在2.7V至12.6V的宽电源电压范围内工作。
• 负载调节：对于高达10mA的灌电流和拉电流，负载调节规格保证小于0.025Ω。
• 工作温度范围：适用于 - 40°C至 + 125°C的汽车温度范围。
• 电源电流：典型情况下，MAX6126的电源电流为380μA。
• 输出电压：提供2.048V、2.500V、2.800V、3.000V、3.300V、3.600V、4.096V和5.000V等多种输出电压选项。
• 压差电压：压差电压低至200mV。

封装形式

MAX6126提供小型8引脚μMAX®和8引脚SO封装，方便不同应用场景的设计需求。

电气特性

输出特性

• 输出电压精度：不同封装和等级的MAX6126在输出电压精度上有所差异。例如，在TA = + 25°C时，A等级SO封装的2.048V输出精度为±0.02%，而B等级SO封装为±0.06%。
• 输出电压温度系数：在 - 40°C至 + 85°C和 - 40°C至 + 125°C的温度范围内，不同等级和封装的温度系数也有所不同。如A等级SO封装在 - 40°C至 + 85°C时典型温度系数为0.5ppm/°C，最大值为3ppm/°C。
• 负载调节和线路调节：负载调节和线路调节性能良好，能够在不同的负载和电源电压变化下保持稳定的输出电压。

动态特性

• 噪声电压：在0.1Hz至10Hz频率范围内，噪声电压低至1.3μVP - P；在1kHz频率下，添加0.1μF降噪电容后，噪声可降低至35nV/√Hz。
• 开启建立时间：通常在200μs至2ms内开启并稳定到最终值的0.1%以内，添加0.1μF降噪电容会使开启时间增加到20ms。
• 电容负载稳定性：在0.1μF至10μF的负载电容范围内保持稳定，无持续振荡现象。

应用领域

高精度电流源

MAX6126可用于构建高精度电流源。通过OUTF输出为双极晶体管提供偏置电流，OUTS和GNDS感测电阻两端的电压，并相应调整OUTF提供的电流。为了获得更高的精度，可使用MOSFET消除基极电流误差。

高分辨率DAC参考

在高分辨率数模转换器（DAC）应用中，MAX6126可为其提供稳定的参考电压。例如，为16位MAX541 D/A转换器提供参考，确保转换器在整个工作温度范围内保持高精度。

高精度工业和过程控制

在工业和过程控制领域，对电压精度要求较高。MAX6126的高精度和低噪声特性使其能够满足这些应用的需求，为控制系统提供稳定可靠的电压基准。

设计要点

宽带噪声降低

为了改善宽带噪声和瞬态电源噪声，可在NR引脚添加0.1μF电容。同时，在IN和GND之间添加可选的旁路电容，可进一步降低电源输入噪声对输出噪声的影响。

输出旁路

MAX6126需要在OUTF和GND之间连接0.1μF至10μF的输出电容，且应尽可能靠近OUTF引脚。对于驱动开关电容负载或快速变化负载电流的应用，可使用10μF电容与0.1μF电容并联，以减少参考输出的瞬态变化。

电源电流

MAX6126系列的静态电源电流典型值为380μA，且几乎与电源电压无关。在开启时，如果电源电压低于最小指定输入电压，设备可能会额外吸取高达300μA的电流，因此输入电压源应能够提供足够的电流以确保可靠开启。

热滞效应

热滞效应是指设备在整个工作温度范围内循环后，TA = + 25°C时输出电压的变化。典型的热滞值为20ppm（SO封装）。

输出力和感测

MAX6126提供独立的电源电路输出（OUTF）和电压调节输入（OUTS）连接，可消除MAX6126与负载之间线路上的电压降。同时，通过GNDS引脚可消除接地回线中的电压降。

实验与分析

IR回流焊和机械应力影响

IR回流焊的高温会导致半导体器件及其封装材料的膨胀和收缩，从而使输出电压发生偏移。Maxim进行了两组实验来量化这种影响：

• 实验一：48个器件在不焊接到PCB的情况下进行3次IR回流焊过程。实验结果显示，输出电压精度和温度系数在回流焊前后发生了变化。
• 实验二：32个样品在进行3次IR回流焊后焊接到PCB上。与实验一相比，由于PCB焊接的机械应力，MAX6126的输出精度和温度系数出现了额外的偏移。通过合理的PCB设计可以最小化焊接引起的机械应力。

长期漂移（LTD）

Maxim还对经过3次回流焊并最终焊接到PCB上的32个MAX6126单元进行了超过1000小时的长期漂移测试。测试结果显示了这些器件在长时间使用过程中的输出电压变化情况。

总结

MAX6126作为一款超高精度、超低噪声的串联电压基准源，具有出色的性能和广泛的应用前景。在设计过程中，需要注意宽带噪声降低、输出旁路、电源电流、热滞效应和输出力感测等要点。同时，IR回流焊和机械应力会对器件的输出精度和温度系数产生影响，需要通过合理的PCB设计来减小这些影响。电子工程师在使用MAX6126时，应根据具体应用需求，充分发挥其优势，确保设计的可靠性和稳定性。你在实际应用中是否遇到过类似电压基准源的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。