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ADI技术指南合集第一版– 开关和基准源 498页 2.1M 超清书签版.

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标签: ADI开关电源基准源

ADI技术指南合集第一版– 开关和基准源 498页 2.1M 超清书签版.

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ADI 技术指南合集 第一版 开关和基准源 目录 基准电压源 1 模拟开关和多路复用器基本知识 19 视频多路复用器和交叉点开关42 MT087 教程 简介 基准电压源 基准电压源和线性调节器具有许多共同点事实上,后者在功能上相当于一个基准电压 源,只是输出电流或功率更大相应地,这两种电路的几乎所有规格都具有极大的相似 性即使基准电压源在漂移精度等方面的性能往往较高在当今的许多应用中,所需的 支持电路都包含在转换器封装之中这对设计人员来说是有利的,因为这可以简化系统的 设计,而且可以保障性能 基准电压源对模拟系统的性能和精度产生着重大影响5V基准电压源上的5 mV容差相当 于01的绝对精度,其精度仅为10位对于12位系统,选择容差为1 mV的基准电压源,其 性价比可能远远超过手动校准,而进行绝对16位测量的系统中必须要求高初始精度和校 准请注意,许多系统进行的是相对测量而非绝对测量,这种情况下,基准电压源的绝对 精度的重要性有所下降,虽然噪声和短期稳定性可能是重要因素 温度漂移或者老化导致的漂移可能是比绝对精度更重要的问题虽然初始误差始终可以调 整,但对漂移进行补偿却存在较大的困......

ADI 技术指南合集 第一版 开关和基准源 目录 基准电压源 ........................................................................................1 模拟开关和多路复用器基本知识 ..............................................19 视频多路复用器和交叉点开关...................................................42 MT-087 教程 简介 基准电压源 基准电压源和线性调节器具有许多共同点。事实上,后者在功能上相当于一个基准电压 源,只是输出电流(或功率)更大。相应地,这两种电路的几乎所有规格都具有极大的相似 性(即使基准电压源在漂移、精度等方面的性能往往较高)。在当今的许多应用中,所需的 支持电路都包含在转换器封装之中。这对设计人员来说是有利的,因为这可以简化系统的 设计,而且可以保障性能。 基准电压源对模拟系统的性能和精度产生着重大影响。5V基准电压源上的±5 mV容差相当 于±0.1%的绝对精度,其精度仅为10位。对于12位系统,选择容差为±1 mV的基准电压源,其 性价比可能远远超过手动校准,而进行绝对16位测量的系统中必须要求高初始精度和校 准。请注意,许多系统进行的是相对测量而非绝对测量,这种情况下,基准电压源的绝对 精度的重要性有所下降,虽然噪声和短期稳定性可能是重要因素。 温度漂移或者老化导致的漂移可能是比绝对精度更重要的问题。虽然初始误差始终可以调 整,但对漂移进行补偿却存在较大的困难。在可能的情况下,选择基准电压源时应该注重 温度系数和老化特性,以便能在工作温度范围内以及系统的预期寿命期间保持充足的精 度。 虽然基准电压源的噪声往往被忽视,却可能是系统设计中一个极其重要的因素。噪声指基 准电压的瞬间变化。其额定值一般标示于数据手册中,但系统设计师经常会忽略规格参 数,并想当然地认为基准电压源不会对系统带来额外的噪声。 基准电压源必须考虑两个动态问题:启动时的行为,及其在瞬态负载下的行为。对于第一 点,始终要记住的是,基准电压源不会立即上电(ADC、DAC以及分立式设计中的基准电 压源确实是这样)。因此,打开ADC和基准电压源(内部或外部),读取数值,然后再在几微 秒之内关闭,这是几乎不太可能做到的,无论这样做有多么节能。 对于第二点,给定的基准电压源IC不一定就适用于脉冲加载条件,这要取决于具体的架 构。许多基准电压源采用低功耗,也即低带宽的输出缓冲放大器。在快速瞬态负载的情况 下,结果会造成性能下降,从而可能导致快速ADC的性能下降(尤其是逐次逼近和闪存 ADC)。通过适当去耦可以缓解这个问题(但有些基准电压源会随容性负载振荡),或者也可 以使用额外的外部宽带缓冲放大器来驱动发生瞬态负载的节点。 Rev.0, 10/08, WK Page 1 of 18 1 MT-087 简单的二极管基准电压源 就电路连接的功能而言,标准基准电压源IC一般只提供串行或三引脚形式(V IN、共模、 VOUT),并且只有正极性。串行型号具有以下优势:静态电流低、稳定;标准预调节输出 电压;以及相对较高的输出电流,且精度不会下降。分流或双引脚(即二极管一类)基准电 压源在工作极性方面更灵活,但对负载有着更严格的限制。事实上,它们可能吞食过多功 率,因为其电阻馈入的电压输入变化范围很大。另外,它们有时采用非标准电压。所有这 些因素加在一起,决定了何时首选哪种功能类型。 图1显示的是一些简单的二极管式基准电压源。在第一种基准电压源中,一个电流驱动的正 偏二极管(或二极管连接的晶体管)产生一个电压,即Vf = VREF。虽然结点压降在一定程度上与 电源并不相关,但作为基准电压源却存在多种不足。其中包括,温度系数较高,为–0.3%/°C 左右,对负载具有一定的敏感性,输出电压非常不灵活,而且仅支持600 mV跳变。 +VS RS ID +VS RZ IZ D1 VREF D1 D2 VREF FORWARD-BIASED ZENER (AVALANCHE) DIODE DIODE 图1:简单的二极管基准电压源电路 与之相反,多数这些简单的基准电压源(以及所有其他分流型调节器)有一种基本优势,即 通过转换连接、使驱动电流反相可以轻松改变极性。然而,所有分流调节器都存在一种基 本限制,即负载电流必须始终(而且通常是大幅)低于驱动电流ID。 在图1中的第二个电路中,使用的是一个齐纳或“雪崩”二极管,结果可以大幅提升输出电 压。虽然真正的齐纳二极管击穿电压低于5 V,但雪崩二极管的击穿电压更高,且温度系 数为正。请注意,目前,几乎把二极管反相击穿统一称为齐纳,虽然通常是雪崩二极管击穿。 当D1击穿电压范围为5至8 V时,净正温度系统等于正偏二极管D2的负温度系数,结果,净温 度系数为100 ppm/°C,在适当的偏置电流下更低。这些仔细选择的二极管相结合,构成了 早期的单封装“温度补偿齐纳二极管”基准电压源的基础,比如1N821-1N829系列等。 2 Page 2 of 18 MT-087 温度补偿齐纳基准电压源在初始精度方面存在较大限制,因为最佳温度系数组合会在奇怪 的电压下下降,如1N829在6.2 V时即是如此。另外,该方案在负载方面也有限制,因为要 获得最佳温度系数,就必须对二极管电流进行仔细控制。与低电压(<2 V)基准电压源不同,基 于基准电压源的齐纳二极管必须采用远远高于6 V的电压源驱动,因此,齐纳基准电压源无法 应用于5 V系统电源。基于低温度系数齐纳(雪崩)二极管的基准电压源噪声较大,这要归因 于击穿机制存在的基础噪声。单芯片齐纳二极管在这方面有了较大的改善,下文将进一步 讨论。 带隙基准电压源 基于硅带隙电压的低电压(<5 V)基准电压源的发展催生了多种IC,这些IC支持低电压电源, 并具有良好的温度系数性能。第一个此类IC是LM109(下称“基准电压源1”),图2所示为一 个基本的带隙基准电压源。 +VS IZ R1 600Ω R2 6kΩ R2 R2 R3 R3 ∆VBE ∆VBE Q2 VR = VBE + R2 R2 R3 R3 ∆VBE ∆VBE Q1 R3 600Ω ∆VBE VBE Q3 图2:基本的带隙基准电压源 这种电路也称为“ƊVBE”基准电压源,因为匹配晶体管Q1-Q2之间的电流密度差会在R3上产 生ƊVBE。其工作原理是,求出Q3的VBE和,同时,Q1-Q2放大过的ƊVBE产生于R2。ƊVBE和 VBE两种组分具有相反的极性温度系数;ƊVBE与绝对温度成比例(PTAT),VBE与绝对温度互 补(CTAT)。求和后的输出为VR,当其等于1.205 V(硅带隙电压)时,温度系数最小。 Page 3 of 18 3
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