陶瓷電壓基準(zhǔn)如何提高長期漂移性能

電壓基準(zhǔn)在確保來自測(cè)量電壓的電子系統(tǒng)的測(cè)量值正確方面發(fā)揮著重要作用。在測(cè)量系統(tǒng)中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 將輸入電壓與參考電壓進(jìn)行比較。然后 ADC 生成一個(gè)代碼，表示輸入信號(hào)和該參考電壓之間的關(guān)系。如果參考電壓有誤差，則會(huì)導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差。

為特定功能選擇正確的電壓基準(zhǔn)需要考慮一些頂級(jí)精度規(guī)格：

初始精度，或室溫下的精度

和溫度系數(shù)，或作為溫度函數(shù)的輸出電壓變化

考慮到這些參數(shù)，你如何選擇？假設(shè)您需要電壓基準(zhǔn)在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的總精度為 ±0.2%。在這種情況下，您可能會(huì)使用初始精度為 ±0.1% 且溫度系數(shù)為 ±10ppm/°C 的參考。在 25°C 和 125°C 之間，溫度系數(shù)可以變化 10ppm/°C x 100°C，或 1000ppm （0.1%）。因此，您可以預(yù)期總誤差（初始 + 漂移）小于 ±0.2%。

您可能更愿意改善總誤差。在這種情況下，您可以選擇具有更小初始誤差和/或溫度系數(shù)值的更高精度電壓基準(zhǔn)。您通?？梢愿兄x更復(fù)雜的設(shè)計(jì)和校準(zhǔn)技術(shù)來改進(jìn)規(guī)格。

隨著準(zhǔn)確性的提高，其他誤差源變得更加明顯。長期漂移 （LTD） 就是這樣一種誤差源；它在更高性能的系統(tǒng)中尤其重要。LTD 由上電時(shí)從給定電壓基準(zhǔn)的輸出電壓偏移標(biāo)記，隨時(shí)間以選定的時(shí)間間隔測(cè)量。1數(shù)據(jù)表通常顯示運(yùn)行 1，000 小時(shí)后的典型漂移。LTD 是由許多因素引起的，其中一個(gè)主要因素是電路板組裝過程中發(fā)生的封裝應(yīng)力。暴露在高溫下會(huì)導(dǎo)致塑料 IC 封裝的形狀發(fā)生輕微變化，這會(huì)對(duì)電壓基準(zhǔn)芯片施加壓力。在許多小時(shí)的過程中，裝配應(yīng)力穩(wěn)定下來，電壓基準(zhǔn)的輸出發(fā)生變化。發(fā)生多少變化將取決于電路設(shè)計(jì)、布局和封裝等因素；它通常在 10 ppm 的數(shù)量級(jí)上。

在顯示典型電壓基準(zhǔn)的 LTD 的圖 1中，很明顯，在非常高精度的測(cè)量系統(tǒng)中，LTD 可能大到足以隨著時(shí)間的推移影響精度。為了提高系統(tǒng)的初始精度，您可以在組裝后立即進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)。但變化仍將在數(shù)周甚至數(shù)月內(nèi)發(fā)生。

圖 1. 塑料參考的 LTD 圖。

您還可以應(yīng)用各種技術(shù)來改進(jìn)校準(zhǔn)后的 LTD。在校準(zhǔn)之前，你可以在你的板子上燒幾個(gè)月；但是，這種方法并不是超級(jí)實(shí)用。您還可以在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)通過一個(gè)或兩個(gè)溫度循環(huán)運(yùn)行電路板。這種方法通常有助于更快地解決壓力。

也有 IC 制造方面的考慮。例如，電壓基準(zhǔn)芯片的封裝類型提供了比傳統(tǒng)塑料封裝更穩(wěn)定的選擇。陶瓷封裝是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，因?yàn)樗鼈兊慕M裝后彎曲程度遠(yuǎn)低于塑料封裝。因此，它們可以顯著改善 LTD。雖然早期的陶瓷封裝往往偏大，但如今更緊湊的陶瓷封裝的 3mm x 3mm 尺寸滿足了需要小型元件的密集電路板的要求。

使用更好的封裝類型可以產(chǎn)生顯著的好處。在圖 2中，您可以看到與圖 1相同的電壓基準(zhǔn) IC，但它安裝在新的陶瓷封裝中。顯然，LTD 采用陶瓷封裝要好得多。

圖 2. 陶瓷參考的 LTD 圖。

對(duì)于高精度工業(yè)和過程控制、精密儀器儀表、高分辨率 ADC 和數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （DAC） 等應(yīng)用，MAX6079等低噪聲、低漂移電壓基準(zhǔn)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。MAX6079 采用小型 8 引腳密封陶瓷封裝，隨時(shí)間、溫度和濕度的漂移較低。MAX6279陶瓷分流電壓基準(zhǔn)是手機(jī)、工業(yè)過程控制系統(tǒng)和便攜式電池供電設(shè)備等應(yīng)用的一個(gè)有價(jià)值的選擇。MAX6279 是一款精密、兩端分流模式、帶隙基準(zhǔn)電壓源，具有 1.225V 的固定反向擊穿電壓，可提供隨時(shí)間、濕度和溫度變化的穩(wěn)定結(jié)果。

總之，對(duì)于高性能測(cè)量系統(tǒng)，準(zhǔn)確和穩(wěn)定的電壓基準(zhǔn)是他們的生計(jì)。在小尺寸內(nèi)提高系統(tǒng)性能需要增強(qiáng) LTD 性能，這可以通過在緊湊的陶瓷封裝中安裝電壓基準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)。

審核編輯：郭婷