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AD1580是1.2V微功率,精密并联电压基准

时间:2020-3-25, 来源:互联网, 文章类别:元器件知识库

特征

宽工作范围:50微安至10毫安;初始精度:最大±0.1%;温度漂移:最大±50 ppm/℃;输出阻抗:最大0.5Ω;宽带噪声(10 Hz至10 kHz):20μV rms;工作温度范围:-40°C至+85°C;高ESD等级;4kv人体模型;400V机型;紧凑的表面安装SOT-23和SC70封装。

应用

便携式电池供电设备移动电话、笔记本电脑、PDA、GPS,和DMMs;计算机工作站;适用于各种视频ramdac;智能工业发射机;PCMCIA卡;汽车;3 V/5 V,8位至12位数据转换器。

一般说明

AD1580是一个低成本,2端(分路),精密带隙基准。它为50μA到10毫安之间的输入电流提供精确的1.225伏输出。

AD1580芯片组件的精确匹配和热跟踪使其具有更高的精度和稳定性。专有的曲率校正设计技术已被用于最小化电压输出温度特性的非线性。AD1580在任何容性负载下都是稳定的。

低的最小工作电流使AD1580非常适合用于电池供电的3V或5V系统。然而,宽的工作电流范围意味着AD1580是非常多功能的,适用于各种各样的大电流应用。

AD1580有两个等级,A和B,这两个等级都在SOT-23和SC70封装中提供,这是最小的表面安装封装。这两个等级都是在工业温度范围-40°C到+85°C之间指定的。

绝对最大额定值

高于绝对最大额定值的应力可能会对设备造成永久性损坏。这仅是一个应力额定值;设备在本规范操作章节所述条件或以上任何其他条件下的功能操作并不意味着。长期暴露在绝对最大额定条件下可能会影响设备的可靠性。

典型性能特征

操作理论

AD1580使用带隙概念来产生一个稳定的、低温度系数的电压基准,适用于高精度数据采集组件和系统。该器件利用了硅晶体管基极发射极电压在正向偏置工作区的基本物理特性。所有此类晶体管的温度系数(TC)约为-2mv/℃,不适合直接用作低TC基准;但是,将这些器件中任何一个的温度特性外推到绝对零度(集电极电流与绝对温度成正比)表明,其V值接近于硅带隙电压。因此,如果一个电压可以发展与VBE相反的温度系数和,一个零TC参考将产生。图10中的AD1580电路通过在不同电流密度下驱动两个晶体管并放大由此产生的VBE差(具有正TC的∏VBE),提供这样的补偿电压V1。VBE和V1之和提供了一个稳定的电压基准。

应用AD1580

AD1580在几乎所有的应用中都很容易使用。为了将AD1580作为传统的并联调节器(见图11)运行,在电源电压和AD1580之间连接了一个外部串联电阻器。对于给定的电源电压,串联电阻R确定流过AD1580的反向电流。必须选择RS值以适应电源电压VS、负载电流IL和AD1580反向电压VR的预期变化,同时保持通过AD1580的可接受反向电流IR。

在保持最小可接受反向电流的情况下,当VS最小,IL和VR最大时,应选择RS的最小值。

当VS为最大值,IL和VR为最小值时,RS的值应足够大,以将IR限制在10ma。选择RS的公式如下:

图12所示为AD1580BRT的典型连接,其工作电流至少为100微安。该连接可为负载提供±1毫安,同时可容纳±10%的电源变化。

温度性能

AD1580设计用于稳定温度性能非常重要的参考应用。广泛的温度测试和表征确保设备的性能保持在规定的温度范围内。

在定义和指定温度参考电压误差方面存在一些混淆。历史上,参考文献的特征是使用每摄氏度的最大偏差,例如50 ppm/℃。然而,由于标准齐纳参考文献(例如S型特征)中温度特征的非线性,大多数制造商现在使用最大极限误差带方法来指定设备。这项技术包括在三个或更多不同温度下测量输出,以确保电压在给定的误差范围内。专有的曲率校正设计技术用于最小化AD1580非线性,允许使用最大偏差方法保证温度性能。这种方法比简单地保证在整个温度变化过程中误差带最大的方法对设计者更有用。

图13显示了AD1580的典型输出电压漂移,并说明了方法。从+25°C的初始输出值到+85°C和-40°C的输出值绘制的两条对角线的最大斜率决定了设备的性能等级。对于给定等级的AD1580,设计者可以很容易地从初始公差加上温度变化确定最大总误差。

例如,AD1580BRT的初始公差为±1 mV;±50 ppm/℃的温度系数对应于±4 mV(50×10×1.225 V×65°C)的误差带。因此,在工作温度范围内,机组保证为1.225 V±5 mV。

重复这些结果需要在测试系统中结合高精度和稳定的温度控制。对AD1580的评估产生一个类似于图5和图13的曲线。

电压输出非线性与温度

当参考与数据转换器一起使用时,了解温度漂移如何影响转换器的整体性能是很重要的。参考输出漂移的非线性表示一个附加误差,不容易在系统外校准。该特性(见图14)是通过将测量的漂移特性标准化为终点平均漂移而产生的。残余漂移误差约为500ppm,表明AD1580与需要10位精确温度性能的系统兼容。

反向电压滞后

高性能工业设备制造商的一个主要要求是在工作温度范围内工作后,在标称温度下输出电压保持一致。该特性是通过测量在+85°C下运行后+25°C下的输出电压与在-40°C下运行后+25°C下的输出电压之间的差异而产生的。图15显示了与AD1580相关的滞后。该特性存在于所有参考文献中,并在AD1580中被最小化。

输出阻抗与频率

了解反向动态输出阻抗在实际应用中的作用,对成功应用AD1580具有重要意义。分压器由AD1580输出阻抗和外部源阻抗构成。当使用约30kΩ(I=100μA)的外部源电阻时,在AD1580的输出端产生100khz开关电源1%的噪声。图16显示了直接通过AD1580连接的1μF负载电容器如何将电源噪声的影响降低到小于0.01%。

噪声性能和降低

由AD1580产生的噪声通常小于在0.1 Hz至10 Hz频带上为5μV p-p。图17显示了典型AD1580的0.1 Hz至10 Hz噪声。在10赫兹至10千赫的带宽中,噪声约为20μV rms(见图18a)。如果需要进一步降低噪声,可以在输出引脚和接地之间添加1极低通滤波器。0.2ms的时间常数在约800hz处具有-3db点,并将高频噪声降低至约6.5μV rms(见图18b)。960ms的时间常数在165hz时具有-3db点,并将高频噪声降低至约2.9μV rms(见图18c)。

开机时间

许多低功率仪表制造商越来越关注其系统中所用部件的开启特性。快速开启组件通常允许最终用户在不需要时关闭电源,但是当电源开启运行时,这些组件会快速响应。图19显示了AD1580的开启特性。

应用电源(冷启动)时,输出电压在规定误差范围内达到其最终值所需的时间是接通稳定时间。通常与此相关的两个组件是有源电路稳定的时间和芯片上的热梯度稳定的时间。该特性由冷启动操作产生,代表通电后的真实通电波形。图21显示了装置的粗启动和细启动沉降特性;总沉降时间在1.0 mV以内约为6μs,当水平刻度扩展到2 ms/div时没有长的热尾。

当使用外部降噪滤波器时,输出开启时间被修改。当存在时,过滤器的时间常数控制整体沉降。

瞬态响应

许多ADC和DAC转换器向参考端提供瞬态电流负载。参考响应不良会降低转换器的性能。

图22显示了装置在加载±50μA瞬态时的粗沉降和细沉降特性。

图22a显示了反向电流增加50μA时装置的沉降特性。图22b显示了反向电流减少50μA时的响应。瞬态在约3μs内沉降到1 mV。

尝试驱动大电容负载(超过1000 pF)可能导致振铃,如阶跃响应所示(见图23)。这是由于负载电容和参考输出阻抗形成的附加极。图20显示了一种推荐的驱动电容性负载的方法。电阻器将电容性负载与输出级隔离,而电容器提供单极低通滤波器并降低输出噪声。

精密微功耗低损耗基准

图24中的电路提供了一个理想的解决方案,用于制作具有低待机功耗、低输入/输出损耗能力和最小噪声输出的稳定电压基准。放大器同时缓冲和可选地放大AD1580的输出电压,输出电压高达2.1V可以提供1毫安的负载电流。AD1580和OP193输入之间连接的单极滤波器可用于实现低输出噪声。标称静态功耗为200微瓦。

使用AD1580和3 V数据转换器

AD1580低输出漂移(50 ppm/℃)和紧凑的超小型SOT-23封装使其非常适合当今空间关键应用中的高性能转换器。

AD1580非常适合的一个ADC家族是AD7714-3和AD7715-3。AD7714/AD7715是带片上数字滤波的电荷平衡(∑-∏)ADC,用于测量宽动态范围的低频信号,如代表化学、物理或生物过程的信号。图25显示AD1580连接到AD7714-3/AD7715-3以进行3 V操作。

AD1580非常适合创建与12位乘法DAC(如AD7943、AD7945和AD7948)一起使用的参考电平。在单电源偏置模式下(见图26),观察IOUT2端子的阻抗随DAC代码而变化。如果3.3伏附加线性误差结果。缓冲放大器消除了基准电平变化可能导致的任何线性退化。

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