高精度电压基准REF102及其应用[转贴]

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Application of Precision Voltage Reference REF102

解放军电子工程学院 施自主

摘要：本文介绍了德州仪器公司(TI)?Burr-Brown产品线的高精度电压基准芯片REF102的结构、原?理并给出了应用实例。REF102可广泛应用于仪器仪表电路、高精度直流电源电路及A/D、/A电路。 关键词：电压基准；埋层齐纳二极管；精度 概述 REF102是高精度10V电压基准集成电路。经激光调校后其温漂在工业温度范围内低至2.5ppm/?C，而在军品温度范围内也可达到5ppm/?C。由于REF102无需外加恒温装置，因而功耗低、升温快、稳定性好、噪声低。REF102的输出电压几乎不随供电电源电压及负载变化。通过调整外接电阻，输出电压的稳定性及温度漂移可降到最小。11.4V至36V的单电源供电电压及优异的全面性能使REF102成为仪器、A/D、D/A及高精度直流电源应用的理想选择。 REF102的特点及引脚功能 ●高精度输出：+10V 0.0025V ●超低温度漂移：≤2.5ppm/?C ●高稳定性：5ppm/1000小时（典型值） ●高负载调整率：≤1ppm/V，≤10ppm/mA ●宽供电电压范围：11.4VDC至36VDC ●低噪声：?5 Vp-p?(0.1Hz至10Hz内) ●低静态电流：≤1.4mA REF102的内部电路图及引脚定义如图1?所示。图中： 图1 REF102组成框图及引脚定义（略） V+?(2)：芯片电源脚，电压范围是11.4V至36V； Trim?(5):?外接调整电阻脚，调整输出电压稳定度及温度漂移； Noise?Reduction?(8):?输出噪声衰减； Common?(4):?公共脚； Vout?(6):?输出脚。 在REF的组成方框图中，埋层齐纳二极管DZ1提供约8.2V电压加到运放A1的同相端。电阻R1、R2及R3经激光调校后确保输出为准确的10V。DZ1的偏置电流由输出电压经R4提供。R5与外接在Trim脚上的电阻一起，供用户调整运放的增益，从微调输出电压。由于R5的温度系数与R1、R2、R3严格匹配，所以微调输出电压时对其温度漂移影响极小。输出电压中的噪声主要是埋层齐纳二极管引起的，故实际应用是要在8却和4脚间加上旁路电容，与R6形成低通滤波器以滤除DZ1上的噪声。 实际应用经验 ?REF102是高性能集成电路。为了能在实际应用中充分发挥器件的性能，应当注意板图设计、输出噪声抑制设计及输出电压微调电路设计。 板图设计 板图设计时，?"菊花"型布线可有效地降低输出电压误差、输出噪声及电源耦合噪声。公共地线应当按图2所示连接以确保耦合电阻最小。公共地线、供电电源线尤其是连接负载的导线应当导电性能良好，可选用粗铜线或镀银铜线。实际上，连接负载的导线若有0.1?的串联电阻，则当负载电流为10mA时，就会产生1mV的输出误差电压，这将严重影响基准电压源输出电压的精度。 输出电压调整 输出电压调整电路如图3所示。原集成电路内部的电阻经温度系数匹配设计、阻值经过激光调校后，其抑制温度漂移的电路设计已达到最佳，外接电阻调整输出电压必然会引起输出电压的额外温度漂移。图3中的微调电阻R1经大电阻Rs接到输出调整脚，实现对输出进行精细调整。Rs很大，达1M ，不仅可实现精细调整，而且大大降低了R1与内部电阻温度系数失配引入的温漂。调整电位器应选用高质量的，特别是接触可靠、触点无抖动。 图2 “菊花”型布线（略） 图3 REF102的输出调整（略） 噪声衰减 REF102的输出噪声主要是来自于埋层齐纳二极管。在8脚与地之间并上电容（图5中的C3），与R6（参见图1）一起构成低通滤波器可有效地衰减高频噪声。当外接电容为1?F时，与7k 的R6形成的低通滤波器截止频率为23Hz。若要进一步抑制噪声，可适当提高噪声衰减电容的电容量。图4 低噪声+10V精确电压基准（略） 图5 +10V、-10V双电压基准（略） 典型应用 低噪声+10V精确电压基准 在对弱信号的检测过程中，往往要用高精度的A/D把弱信号转换为数字信号送给微控制器进一步处理。对于16位、5V参考源的A/D，其量化误差仅为20?V。普通稳压电源输出电压因纹波太大而无法保证A/D的精度，而REF02的噪声电压仅为5?V，可以保证A/D的精度。图4是低噪声+10V精确电压基准。为了进一步滤除基准源输出的噪声，输出端增加了一节低通滤波器。图中，运放用作电压跟随器，R1、C1是低通滤波器，用于滤除REF102输出电压中的噪声以及运放的内部噪声。3dB截止频率为1/2?R1C1?。R2、C2用来改善运放闭环工作的稳定性。 +10V/-10V 双路电压基准 有的器件如运放需要双路电源供电，以获得更好的性能。正常运用的REF02只能输出单路+10V。图5给出了输出+10V、-10V双路基准源的实现电路。图中，第一路+10V输出直接取自于REF102的6脚。当然，也可应用图4电路来进一步滤除噪声。第二路-10V输出实际上借助于单位增益反相运算放大器实现的。为了保证-10V的高精度及温度稳定性，运放的选择与设计必须仔细，如采取措施来抑制零漂等。相对来说，-10V的温度稳定性和精度都不及+10V。尽管如此，在需要正、负对称电压源时，与任何稳压电源输出的电压相比，这一方案提供的电压稳定性与噪声性能都要好得多。