所有模數轉換器（ADC）和數模轉換器（DAC）都需要參考信號，通常是電壓。ADC的數字輸出表示輸入與基準電壓源的比率，DAC的數字輸入定義其模擬輸出與基準電壓源的比率。有些轉換器內置基準電壓源，有些轉換器需要外部基準電壓源，但所有轉換器都必須具有某種電壓（或電流）基準電壓源。

數據轉換器的大多數早期應用都是在緩慢變化的信號的“直流”測量中，其中測量的確切時間并不重要。如今，大多數數據轉換器應用都在采樣數據系統中，其中必須處理大量等間距的模擬樣本，頻譜信息與幅度信息一樣重要。這里，頻率或時間基準（“采樣時鐘”或“重建時鐘”）的質量與基準電壓源的質量相當。

電壓基準

Q. 基準電壓源必須有多好？

一個。這取決于系統。在需要絕對測量的情況下，精度受到已知參考值的精度的限制。然而，在許多系統中，穩定性或可重復性比絕對精度更重要;在一些采樣數據系統中，基準電壓源的長期精度并不重要，但從噪聲系統電源獲取基準電壓源可能會引入誤差。

單芯片埋入齊納基準電壓源（例如AD588和AD688）在1 V（10.0%或01 ppm）時的初始精度為100 mV，溫度系數為1.5 ppm/°C。 它們足夠精確，可以在 12 位系統 （1 LSB = 244 ppm） 中使用未修整，但在 14 位或 16 位系統中則不然。將初始誤差修整為零后，它們可在有限的溫度范圍內用于 14 位和 16 位系統。（1 LSB = 61 ppm，AD40或AD588的溫度變化為688°C）。

為了獲得更高的絕對精度，可能需要在恒溫控制的烘箱中穩定參考的溫度，并根據標準進行校準。在許多系統中，雖然不需要 12 位絕對精度，但可能需要 12 位或更高的分辨率;這里可以使用精度較低（且成本較低）的帶隙基準電壓源。

問：“埋藏齊納”和“帶隙”是什么意思？

一個。這是集成電路中最常用的兩種精密基準電壓源。

“埋藏”或地下齊納更穩定和準確。它由一個具有正確反向擊穿電壓值的二極管組成，形成在集成電路芯片的表面水平以下，然后被保護性擴散覆蓋以保持擊穿低于表面。

在硅芯片的表面，雜質、機械應力和晶格位錯比芯片內部多。由于這些會導致噪聲和長期不穩定，埋入式擊穿二極管的噪聲更小，并且比表面齊納二極管更穩定 - 它是精確IC器件的首選片內基準源。

然而，其擊穿電壓通常約為5 V或更高，并且必須消耗數百微安才能獲得最佳操作，因此該技術不適用于必須從低電壓運行且功耗低的基準電壓源。對于此類應用，首選“帶隙”基準。它產生具有正溫度系數的電壓，以補償晶體管V的負溫度系數是，保持恒定的“帶隙”電壓。在所示電路中，* Q2的發射極面積是Ql的8倍;該對在R1中產生與其絕對溫度（PTAT）成比例的電流，從而產生與V串聯的PTAT電壓是Q1，產生電壓Vz，不隨溫度變化，可以放大，如圖所示。它等于硅帶隙電壓（外推到絕對零）。

帶隙基準電壓源的精度和穩定性略低于最佳埋藏齊納基準電壓源，但可以實現優于3 ppm/°C的溫度變化。

Q. 使用基準電壓源時應采取哪些預防措施？

答：請記住良好模擬電路設計的基礎知識：注意高阻抗導體中的壓降、公共接地阻抗產生的噪聲以及去耦電源軌未充分產生的噪聲。考慮基準電流流向哪個方向，并注意容性負載。

問：我知道電壓降和噪聲的影響，但基準電壓源是否必須提供足夠大的電流才能使導體中的壓降變得顯著？

一個。通常，基準電壓源在內部緩沖;大多數將拉出和吸收 5-10 mA。某些應用可能需要此量級或更大的電流;例如，引用用作系統引用;另一種是驅動具有非常低阻抗的高速閃存ADC的基準輸入。流淌在10毫歐姆中的100 mA電流將經歷1 mV的壓降，這可能很大。性能最高的基準電壓源，如AD588和AD688，其輸出和輸出接地端子均具有開爾文（力檢測）連接。通過圍繞誤差源閉合反饋環路，這些連接避免了壓降的影響;當電流緩沖放大器用于驅動大量負載或灌電流流向錯誤方向時，它們還可以校正增益和失調誤差。檢測端應連接到緩沖放大器的輸出側，最好在負載端。

問：你說的流向錯誤的方向是什么意思“？

A. 考慮采用+5 V電源供電的+10 V基準電壓源。如果其 5 伏輸出端子由電阻器接地，電流將從端子流出。如果電阻連接到+10 V電源，電流將流入端子。大多數基準電壓源將允許凈電流沿任一方向流動;但有些會提供電流但不會吸收它 - 或者會吸收比源少得多。此類器件可通過數據手冊中指定輸出電流的方式進行識別，但不能用于必須將大量凈電流流入基準端子的應用。一個常見的例子是使用正參考作為負參考。

問：為什么不直接購買負參考？

一個。因為大多數單電壓輸出基準都是正基準。當然，雙引腳有源基準可用于任一極性;它們的使用方式與齊納二極管相同（通常是帶隙器件）。

要使三端正基準用作負基準，它必須能夠吸收電流。其輸出端子接地，其接地端子（成為負參考端子）通過電阻器（或恒流源）連接到負電源。正電源引腳通常必須連接到離地至少幾伏的正電源。但有些器件可以在雙端子模式下提供負基準：正端子和輸出端子一起接地。

RS（或電流源）的選擇，以便對于負電源和基準負載電流的所有預期值，接地和輸出端電流都在額定值范圍內。

Q. 容性負載呢？

一個。許多基準電壓源的輸出放大器變得不穩定，在大容性負載下工作時可能會振蕩;因此，不建議將高電容（幾μF或更高）連接到基準電壓源的輸出以降低噪聲，但通常建議使用1-10 nF電容，并且某些基準電壓源（例如AD588）具有降噪端子，電容可以安全連接。如果力檢測端子可用，則可以在容性負載下定制環路動力學。請咨詢數據表和制造商的應用工程師以確保。即使電路穩定，也可能不建議使用大容性負載，因為它們會增加基準電壓源的導通時間。

問：接通電源后引用不會立即打開嗎？

一個。絕不。在許多基準電壓源中，驅動基準元件（齊納或帶隙）的電流來自穩定輸出。這種正反饋增加了直流穩定性，但會導致穩定的“關閉”狀態，從而抵抗啟動。用于處理此問題并促進啟動的片上電路通常設計為消耗最小電流，因此許多基準電壓源的啟動速度較慢（典型值為1-10 ms）。某些設備確實被指定為更快的開啟;但有些甚至更慢。

如果設計人員在電路上電后非常快速地需要基準電壓，則所選基準電壓源必須具有足夠快的導通規格;并且應盡量減少降噪電容。基準導通延遲可能會限制為數據轉換系統電源進行選通的機會，以節省系統功耗。即使基準電壓源內置于轉換器芯片中，仍必須考慮該問題;在這種類型的系統中，考慮轉換器的上電特性也很重要。

高精度基準電壓源可能需要在導通后額外的熱穩定時間，然后芯片才能達到熱穩定性，熱感應偏移才能達到其最終值。這種影響將在數據手冊中提及，不太可能超過幾秒鐘。

Q. 使用這些高精度基準而不是其內部基準是否會使轉換器更準確？

答：不一定。例如，經典AD674的高速后代產品AD574B的出廠調整校準誤差最大值為0.25% （±l0 LSB），內部基準電壓源保證精度在+100 mV （1%）以內。由于0 V = 25 mV的10.25%，滿量程為10.000 V + 25 mV。假設具有674%高內部基準電壓源（1.10 V）的AD1B在工廠針對10.000 V滿量程進行了修整，增益增加了1%。如果將精確的10.00 V系統基準電壓源連接到器件的基準電壓源輸入，滿量程將變為588.10 V，是額定最大誤差的100倍。

Q. 請討論時鐘作為系統參考的作用。

答：哎呀，我們沒空間了！這個問題引入了一個值得深思熟慮討論的話題。我們將在以后的期刊中執行此操作。

審核編輯：郭婷