Hassasiyet gerilim Referansları: Teori ve Pratik Yönleme
Hassas gerilim referansları, doğru ve istikrarlı gerilim kaynakları gerektiren elektronik sistemlerde temel bileşenlerdir. Güç malzemelerinde kullanılırlar, analog-enerji dönüştürücüleri, dijital-to-analog dönüştürücüleri ve diğer ölçüm ve kontrol sistemleri. Bu tür sistemlerin doğruluğu, kullanılan gerilim referanslarının doğruluğundan doğrudan etkilenebilir.
Gerilme Kaynaklarının Temelleri
Bir gerilim referansı, doğru ölçümler ve stabil devre operasyonu için temel olarak hizmet eden elektronik bir cihazdır.Alt) gerilim, yükleme, güç tedarik varyasyonları, sıcaklık değişiklikleri ve zaman geçişleri. Pratik uygulamalarda, gerilim referansları, doğru ölçümler ve stabil devre operasyonu için temel olarak hizmet eder.
Frekans referanslarının arkasındaki temel ilke, temel fiziksel özellikleri kullanan yarı iletken cihazlar aracılığıyla istikrarlı bir gerilim yaratıyor.Düresel referanslar performansta yaygın olarak değişir; bir bilgisayar gücü tedariki için düzenleyici yalnızca nominal değerin yüzde birkaçına değer tutabilir, ancak laboratuvar gerilimi standartlarının hassas ve stabiliteleri milyonda ölçülmüş parçalarda ölçülmesine sahiptir.Bu geniş performans özellikleri, tasarımcıların belirli uygulama gereksinimleri için uygun referansları seçmelerine olanak sağlar.
Tarihsel Gelişim
Clark hücresi ve Weston hücresi gibi en erken gerilim referansları veya standartlar ıslak kimyasal hücrelerdi, bu da hala bazı laboratuvarlarda ve kalibrasyon uygulamalarında kullanılıyordu. Ancak, 1964 yılında yarı bazlı gerilim referansları devrimi ile ilgili olarak, Paul Brokaw ve diğerleri bugün diğer ticari-başarılı versiyonlarıyla takip etti.
Anahtar Performans Özellikler Özellikler Özellikler
Baskı referanslarını değerlendirdiğinde, birkaç kritik özellik, belirli bir uygulama için uygunluğunu belirler.Bir referans belirtmede, ilk doğruluk, sıcaklık katlama ve uzun vadeli stabilitenin tüm son ürünün genel doğruluğunda rol oynadığını unutmayın.
İlk İlke
İlk doğruluk, referans geriliminin belirli bir sıcaklıkta nominal değerine ne kadar yakın olduğunu ifade eder, genellikle 25°C. Bandgap gerilim referansları genellikle ilk 0,5-1.0% ve 25-50 ppm/°C sıcaklık katsamının bir kaç milis içinde ilk doğruluk sağlayan cihazlarla.
Sıcaklık Co effective
Bir gerilim referansının sıcaklık katsayı (veya sıcaklık sürüklenme), frekans referanslarının ısıtılmasının, ortalama 1 ppm / C) Sıcaklık katlarının altında ifade edilir. Sıcaklık katları 1.5-2.0 ppm /°C olarak elde edilebilir.Progap referansları kullanarak, özel teknikler kullanarak daha düşük sıcaklık katlarını kullanarak, bazı hassas referanslar 1 ppm / C°C'ye ulaşır.
Bir gerilim referansının çıktısı, sıcaklığın ideal olarak bağımsız olması gerektiği gibi, gerçek dünya gerilim referansı, geniş sıcaklık aralıklarında faaliyet gösteren sistemlerde sıcaklık kaynaklı değişiklikler sergilemektedir. Ancak, saçılma karşı gerilimin parabolik özelliği, ppm/°C'deki tek bir rakamın devrenin davranışını yeterli şekilde tarif etmediği anlamına gelir.
Uzun Süreli Stability
Uzun vadeli istikrar - ayrıca yaşlanma oranı olarak da bilinir - referans geriliminin uzun bir süre içinde nasıl değişeceğini belirtir. Başka bir deyişle, sıcaklık, uygulanan gerilim ve yük akımı sabit olsa da, tüm gerilim referansları zaman içinde yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaştır. 15 gün sonra, gerilim 15 / .0015% veya orijinal değerinden daha düşük olabilir.
Laboratuvar-grad Zener diyot, metrolojide kullanılan katı-devlet gerilim standartları, yılda 1 parçadan oluşan bir sürüklenebilir. Bu olağanüstü istikrar, uzun vadeli doğrulukların önemli olduğu kalibrasyon ve metroloji uygulamaları için uygun hale getirir.
Gerilme Kaynaklarının Türleri
Gerilme referansları çeşitli farklı türlere göre kategorize edilebilir, her biri eşsiz özellikler, avantajlar ve kısıtlamalarla. Bu farklı mimarileri anlamak, tasarımcıların belirli uygulama gereksinimleri için en uygun referansları seçmelerine yardımcı olur.
Bandgap Gerilim Referansları
Tümleşik devrelerde kullanılan en yaygın gerilim referansı, bandgap gerilim referansıdır. Bir bandgap gerilim referansı, entegre devrelerde yaygın olarak kullanılan bir gerilim referansıdır.Bu referanslar yarı iletken bir yüzey oluşturmak için temel fizik kullanır.
İşletim Prensibi
İki p-n eklem arasındaki gerilim farkı (örneğin, sürekli olarak kullanılan bir diyotun içindeki gerilim, yaklaşık s-2 mV/K ile birlikte, yaklaşık s.
Bir grupgap tabanlı referans, büyüme sıcaklıkları ile azaltılan analog devrelerin birden fazla gerilim farkı eklemek için analog devreleri kullanır ve bu katsayılar iptal etmek için gerekli olan oranlarda, sonuç değeri bir frekans yarı iletkenliğidir.In silikonda, bu yaklaşık 1.25 V.
Bir diyot damlası negatif TC ile pozitif bir TC'yi birleştirerek, sıfır TC bandgap referansı oluşturulur. Bu zarif sıcaklık tazminat tekniği, en modern entegre gerilim referansları için temel oluşturur.
Devre Topolojileri
Birkaç grupgap referans topolojileri yıllar boyunca gelişmiştir. Widlar bandgap referansı, 1970'lerin başlarında tanıtıldı, Q1'in temellerini Q1 ve Q2 olarak Q1'in bir faktörle Q1'in Q1'in en büyük ticari uygulamalarıyla Q1'in ve Q2'nin bir araya gelmesiyle, mevcut yoğunluk farkı Q1'in Q1'in Q1'inkinden daha büyük bir amplifiğe sahip olmasıyla yaratıldı.
1974 yılında Paul Brokaw tarafından geliştirilen Brokaw bandgap referansı, daha önce tasarımların üzerinde gelişmeler sundu ve birçok modern gerilim referansı bütünleşik devreler için temel haline geldi.
Avantajları ve Sınırlamaları
Bandgap referansları birkaç önemli avantaj sunar. Standart CMOS veya bipolar süreçlerde tamamen entegre edilebilir, onlara maliyet etkin ve yaygın olarak kullanılabilir. Bandgap referansları düşük güç uygulamaları için de uygundur. Karma-signal mikrokontroller herhangi bir içsel kogap referans sinyalini herhangi bir içsel hesaplamacı için kullanılabilir.(s) ve analog-enerji dönüştürücüler (s).
Ancak, bandgap referansları da sınırlamaları var. Bir bandgap referansı genellikle BJT cihazlara ve dirençlere dayanıyor, toplam devre sayısı IC tasarımı için büyük ve bu nedenle pahalı olabilir. Dahası, bu tür bir devre istenen gürültü ve hassas spesifikasyona ulaşmak için çok fazla güç kullanabilir. Çünkü çıktı gerilimi, tipik Si bandgap referans devreleri için 1.25 V'e göre sabitlenebilir, minimum işletim gerilimi yaklaşık 1.4 V.
Zener Diode Referansları
Zener diyotlar, birçok elektronik cihaz için orta stabilite ve doğruluk referans gerilimi sağlamak için sıklıkla kullanılır. Zener diyotlar uzun zamandır birçok kritik uygulamada referans servisinde kullanılır.grupgap referansları geliştirmeden önce Zener diyotlar birincil yarı iletken gerilim referans çözümüdür.
Bu türdeki en istikrarlı diyotlar, ileri bir diyot ile seriye yerleştirerek bir Zener diyotunu ısıtarak yapılır.Bu sıcaklık tazminat tekniği, referansın ısı katını azaltmaya yardımcı olur, sıcaklık varyasyonlarını artırmaya yardımcı olur.
Sonuç, yakın teorekksel gürültüye sahip son derece istikrarlı bir alt yüzey kesinti mekanizmasıdır ve yüzey kirliliği veya oksit etkileri tarafından etkilenmemektedir. Buried Zener referansları, uzmanlaşmış üretim teknikleri kullanan olağanüstü performans sunabilir.Buried-Zener referansları, birçok batarya çalıştırılan cihazlarda mevcut olmayan daha düşük gürültü seviyelerini sağlayabilir.
Seri ve Shunt Referansları
Gerilme referansları, devre konfigürasyonları ile aynı zamanda seri veya shunt referansları ile sınıflandırılabilir.Bir bandgap gerilim referans hücresi iki ana serinin kalbindedir ve topolojiler. Serisi referanslar, mevcut akışı kontrol ederek, gerilimi düzenler ve sabit bir gerilime bağlanır.
Seri referanslar genellikle daha iyi yük düzenleme ve daha düşük çıktı engel sunar, onları bu topoloji gerektiren uygulamalar için uygun hale getirir ve diğer yandan, daha basit ve yük nispeten sabit olduğu uygulamalar için daha uygun olabilir. TL431, popüler bir üç-terminal bu topolojiyi basitleştirir ve güç geri bildirim devrelerinde yaygın olarak kullanır.
Gelişmiş Referans Mimarileri
Modern gerilim referans teknolojisi geleneksel bandgap ve Zener tasarımlarının ötesinde gelişti. Gelişmiş Yüz Kapısı Dizisi (FGATM) ve Band-Gap teknolojileri, FGA teknolojisi, geleneksel silikon kavim tasarımlarından, yüzen bir kapıda kesin bir yük sağlayarak üstün performans ve olağanüstü stabilite sağlayarak çok yönlü bir portföy sunuyoruz - çevre dalgalanmaları tarafından etkilenmeden.
XFET referansları, istikrarlı bir referans gerilimi oluşturmak için eşleştirilmiş JFET kullanan başka gelişmiş mimariyi temsil eder. XFET ve gömülü zener referans ailelerin en iyi uzun vadeli sürüklenme ve TC performansına sahip olması. XFET ADR43x- serisi, TC'leri 3 ppm/°C olarak düşüktü. Bu özel referanslar özellikle olağanüstü stabilitenin gerekli olduğu yüksek oranda yüksek çözünürlük uygulamaları için uygundur.
Hassas gerilim referansları için tasarım göz önünde bulundurun
Hassas gerilim referanslarını tasarlamak, performansı etkileyen birçok faktöre dikkat gerektirir. doğru referansı belirtin ve doğru bir şekilde uygulamak, referansların yalnızca 2 veya 3terminal cihazlar olduğunu göz önünde bulundurmak gerekir. Mühendisler, gerilim referans tasarımındaki ticari devreleri dengelemek zorundadır.
Sıcaklık İstikrarı Tasarım
Sıcaklık istikrarı genellikle hassas gerilim referansları için en kritik özelliklerdir. Bir cihazın cazip ısısını belirtmek için kullanılan sıcaklık aralığı ölü sıcaklık anlamına gelir. Bir cihazda yapılan güç, ölü sıcaklık ve ortam sıcaklığı arasında bir fark yaratabilir.Bu durumda, ölü ısı aralığına dayanan hatayı tahmin etmeliyiz.
Birçok pratik gerilim referansları, özellikle de telafi edilen bandgap cihazları, S- şekilli bir eğriye sahip. Bu doğrusal olmayan sıcaklık özelliği, basit doğrusal sıcaklık katsayılarının tüm hikayeyi anlatmaması anlamına gelir. Tasarımcılar, tüm işletim aralığının üzerinde gerçek gerilim-versus- sıcaklık eğrisini yeterli performans sağlamak için dikkate almalıdır.
Bir PTAT ve CTAT akımını özetledikten sonra, sadece mevcut olan lineer terimler telafi edilirken, daha yüksek sipariş koşulları, bantgap referansının yaklaşık 20 ppm /°C'de sınırlanırken, 100 °C'nin üzerinde bir sıcaklık aralığı üzerinden bu yüksek siparişin etkilerini alt-ppm/°C sıcaklık katlarını sınırlandırabilir.
Bitirme Seçimi ve Eşleştirme
Devrenin referans kısmı entegre bir devredir ve küçük bir göreceli sıcaklık katorumlu dirençlere karşı dirençliler kullanılır.Felsepsiyon seçimi istenen referans performansına ulaşmak için önemli bir rol oynar. Düşük sıcaklık katları ve sıkı toleransları olan koruyucular stabiliteyi korumak için önemlidir.
Gruptagap referansları, transistör eşleştirme uygun bir işlem için kritiktir. stabil bir referans gerilimi oluşturmak için, bu tasarım PTAT ve CTAT cihazları kullanır. PTAT "önemli sıcaklık" için duruyor ve CTAT "sortional to mutlak sıcaklık" için duruyor.
Yaygın koroid düzenlemeleri gibi sıra dışı teknikler kritik bileşenler arasında iyi bir uyum sağlar. Bu teknikler, prosesin lisansüstü ve termal gradients'in etkilerini tüm ölüler boyunca azaltır, genel referans performansı geliştirir ve üretim varyasyonlarını azaltır.
Gürültü Performansı
Gürültü performansı, hassas gerilim referans tasarımında başka bir kritik öneme sahiptir. Low-fren gürültüsü, genellikle 1/f gürültü veya flicker gürültü olarak adlandırılır, özellikle hassas ölçüm uygulamaları problemli olabilir. Referansın gürültü özellikleri doğrudan referans kullanarak sistemlerin çözümünü ve doğruluğunu etkiler.
Bunu yapmanın en iyi yolu, gürültü oranını karşılaştırmak (örneğin, farklı çıktı gerilimleri ile 10 V referansı 100 nV / UTCHz gürültü yoğunluğu ile 6 dB daha sessizdir.
Buried Zener referansları genellikle yarı iletken gerilim referansları arasında en düşük gürültü performansı sunar, ancak daha yüksek işletim gerilimi gerektirir. Bandgap referansları da uygun tasarımla mükemmel gürültü performansı elde edebilir, ancak talep edilen uygulamalar için ek filtreleme veya tamponlama gerektirebilir.
Güç Supply Rejeksiyon
Güç tedariki geri ödeme oranı (PSR), tedarik gerilimindeki değişiklikleri nasıl iyi bir şekilde reddeder. Güç ve zemin arasındaki potansiyel fark, işlem sırasında değişebilir ve referans gerilimi devrelerinin bu dalgalanmaları da ifade etmek gerekir. İyi PSRRR, gürültülü veya kötü düzenlenmiş güç malzemeleri ile sistemlerde referans doğruluğunu korumak için gereklidir.
Bu nedenle, bandgap gerilim referans devreleri doğrusal olmayan devrelerdir; büyük bir tedarik gerilimi değişikliği referans geriliminde küçük bir değişiklik yaratır. Devre topoloji ve tasarım teknikleri PSR performansına önemli ölçüde etki eder. iç düzenleme ve filtrelemenin bakımlı tasarımı, düşük frekanslarda 80 dB'yi aşabilir.
Yük Taşımacılığı
Yük düzenlemesi, mevcut yüklemedeki varyasyonlarla çıktı gerilim değişikliklerini açıklar. Hassasiyet gerilim referansları mevcut yük aralığına göre sabit çıktı gerilimi sağlamalıdır. Referansın tespit edilmesi, yük düzenleme performansının daha düşük çıktıya uygun şekilde yapılmasını sağlar.
Seri referanslar genellikle aktif düzenleme topolojileri nedeniyle referanslardan daha iyi yük düzenleme sunar. Ancak, her iki tip de uygun tasarımla mükemmel yük düzenlemelerini sağlayabilir. Bazı referanslar, çıkış engelleyicisini en aza indirmek ve yük düzenlemelerini artırmak için iç tamponlama veya düzenleme devreleri içerir.
Startup ve Stability
Birçok gerilim referans devreleri, özellikle grupgap referansları, bir veya benzeri sıfır-şimdilik bir duruma yol açan bir durum dahil olmak üzere çok sayıda stabil işletim noktası olabilir.Profüçlü devreler referansları doğru bir şekilde sağlamak ve istenen işletim noktasına ulaşmak için gereklidir.
Çevrim istikrarı başka bir önemli husustur.Düresel referanslar içindeki geri bildirim döngüleri tüm işletim koşullarında istikrarlı bir işlem sağlamak için uygun şekilde telafi edilmelidir.Inadequate faz marjı osilasyona veya kötü geçici yanıta yol açabilir, notlama performansına yol açabilir.
Pratik Uygulama Teknikleri
Başarılı bir şekilde hassas gerilim referansları temel devre tasarımının ötesinde pratik ayrıntılara dikkat gerektirir. Referansı uygulamakta ve bazı önemli tuzaklardan kaçınmakta fayda sağlayabilir, referansın doğal doğruluğu korunmuş olabilir. Proper uygulama teknikleri, veri tablo performansına ulaşmak ve tasarım hedeflerinin kısa düşmesi arasındaki farkı yaratabilir.
PCB Layout
PCB düzeni, gerilim referans performansı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Proper düzeni gürültü darbesini en aza indirir, termal gradientleri azaltır ve stabil operasyon sağlar. Ground uçak tasarımı özellikle kritiktir, çünkü zemin gürültüsü doğrudan referans çıkışına bağlanabilir.
Kelvin bağlantıları, iz direnişten hataları ortadan kaldırmak için referans çıktısı için kullanılmalıdır. Referans için duygu noktası yükte olmamalıdır, referans cihazında değil.Bu teknik, PCB izlerinin ölçüm doğruluğunu etkilemez.
Isı-enerji cihazları ve yüksek akım izlerinin gibi ısı kaynaklı bileşenlerden uzak tutulması gerekir. PCB'deki ısı kaynaklı hataların bile mükemmel sıcaklık katları ile referanslarda bulunması gerekir. Bazı uygulamalar referanslar referans için ısıtılmış ortamlardan veya sıcaklık kontrol edilen ortamlardan yararlanabilir.
Yemin ederim ve
Proper atlama, gerilim referans performansı için gereklidir. Bypass kapasitors, referans cihazının endüklemesini en aza indirmek ve etkili yüksek frekanslı filtreleme sağlamak için mümkün olduğunca yakın olmalıdır. Farklı değerlere sahip birden çok kapasitörler geniş bir frekans aralığına kadar etkili bir şekilde atlamak için gerekli olabilir.
Referans çıktısı da gürültüyü azaltmak için filtreleme gerektirebilir. Basit bir RC filtre birçok uygulama için etkili olabilir, ancak filtrenin not degrad yük düzenlemesini veya istikrar sorunlarını tanıtmak için alınmalıdır.
Giriş tedarik filtrelemesi eşit derecede önemlidir. Tedarik gerilimi üzerindeki gürültü, referansın PSRR'sine rağmen referans çıktısına göre birkaçabilir. Referans kaynağında bir LC filtre veya lineer düzenleyici, gürültülü ortamlarda performansı önemli ölçüde artırabilir.
Termal Yönetim
Mükemmel sıcaklık katsaları ile referanslar, doğru şekilde termal olarak yönetilmese hataları sergileyebilir. Referansın kendi güç dağılımından kendi ısı kaynaklı hataların neden olabileceğinden emin olabilir.Dört sıcaklık, özellikle de daha yüksek quiescent akımları ile referanslarda önemli ölçüde daha yüksek olabilir.
Termal histeriler, VREF değeri ile üretilen bir veya daha fazla termal geziler ile bir değişimdir. Termal histerilerin nedenleri, sıcaklık gezisi, paket türü, kalıp bileşik, ölü ek malzeme ve entegre devre düzeninin kendisi ile paketler kullanarak bu etkileri azaltmaya yardımcı olabilir.
Kritik uygulamalar için, referans, sıcaklık kaynaklı hataları tamamen ortadan kaldırmak için bir sıcaklık kontrollü fırına yerleştirilir. Bu yaklaşım, en yüksek doğruluk gerektiren hassas enstrümantasyon ve metroloji uygulamaları ile yaygındır.
Kalibrasyon ve Kazım
En iyi gerilim referanslarının bile bazı ilk doğruluk hatası vardır. Referansın ilk toleransının ötesindeki uygulamalar için, kalibrasyon veya kesme gerekli olabilir. Birçok hassas referanslar, ilk hataları telafi etmek için çıktı gerilimin ayarlamasına izin veren kesitler içerir.
Sistem seviyesi kalibrasyonu da doğruluk geliştirmek için kullanılabilir.Başlangıçta bilinen doğru standart ile referans gerilimi ölçmek ve bir düzeltme faktörü depolamak için sistem referans hataları telafi edebilir.Bu yaklaşım özellikle mikro kontrol sistemleri üzerinde dijital olarak uygulanabilir.
Periyodik recalibrasyon yaşlanma etkileri nedeniyle zaman içinde doğruluk sağlamak için gerekli olabilir.Recalibration frekansı referansın uzun vadeli stabilite spesifikasyonuna ve uygulamanın doğru gereksinimlerine bağlıdır.
Uygulama ve Montaj
Montaj sırasındaki uygun işlem referans performansı korumak için kritiktir.Pazarlama sırasında satılan demirden ayrılmak referans gerilimi kalıcı olarak bir dışsal değere geçiş yapabilir.Eğer ayarlanabilir bir sıcaklık satarak demirden çıksanız, 600 °F'nin ötesine kadar ısınmayın.
ESD koruması da önemlidir. Çoğu modern referanslar iç ESD koruması içeriyor olsa da, doğru kullanım prosedürleri hala zararları önlemek için takip edilmelidir. ESD olayların hemen belirgin olmayabilir ancak uzun vadeli istikrarı etkileyebilir.
Uygulama-Specificceptations
Farklı uygulamalar, gerilim referansları üzerinde farklı talepler yer almaktadır. Uygulamanızın belirli koşullarını anlamak uygun referansı seçmede ve doğru şekilde uygulamanıza yardımcı olur.
Data Converter Applications
Veri dönüştürücüler, güç malzemeleri, ölçüm ve kontrol sistemleri yaygın olarak kullanılmaktadır. ADC ve DAC uygulamaları, referans gerilimi doğrudan dönüşüm doğruluğunu ve kararını belirler. Referans gürültü, sıcaklık stabilitesi ve uzun vadeli stabilitesi, tüm genel dönüştürücü performansa katkıda bulunur.
5 V referansı üzerinde bir ±5 mV toleransı, sınırlı sistem performansından kaçınmak için dönüştürücü karara karşılık gelir. 12bit sistem için, ±1 mV toleransı olan bir referans seçmek çok daha uygun olabilir.
Referans yerleşme süresi, özellikle yüksek hızlı dönüştürücüler için veri dönüştürücü uygulamaları için de önemlidir. Referans, önemli gerilim droop olmadan dönüşüm sırasında gerekli mevcut durumu tedarik edebilir. Bazı uygulamalar referans ve dönüştürücü arasında yeterli sürücü kapasitesi sağlamak için bir tampon yükselteç gerektirebilir.
Ölçme ve Değerlendirme
Ölçüm ve araçlama uygulamaları genellikle gerilim referans performansı için en sıkı gereksinimlerine sahiptir. Uzun vadeli stabilite özellikle kritik, çünkü kalibrasyon aralıkları aylarca veya yıllarda ölçülebilir. Sıcaklık istikrarı tüm işletim aralığı boyunca mükemmel olmalıdır ve gürültü ölçüm çözünürlüğünü korumak için en aza indirgenmelidir.
En yüksek doğruluk ölçümlerinde, çoklu referanslar ortak mod hataları iptal etmek için bir oranmetrik konfigürasyonda kullanılabilir. Alternatif olarak, referans, sürüklenme ve düzeltme için periyodik olarak karşılaştırılabilir.
Bazı enstrümantasyon uygulamaları, katlibrasyon amaçlı transfer standartları olarak hassas gerilim referanslarını kullanır.Bu uygulamalar, 1 ppm/°C ve uzun vadeli stabiliteyi yılda 10 ppm'den daha iyi bir şekilde kullanabilirler.Bu talep edilen gereklilikleri karşılamak için tasarlanmış özel referanslar.
Low-Voltage ve Battery-Powered Systems
Battery-güçlü ve düşük gerilim sistemleri, gerilim referans tasarımı için eşsiz zorluklar sunar. Bu nedenle, son çalışma, örneğin mevcut olan gerilimler yerine alternatif çözümler bulmaya odaklanır ve işletim gerilimi için daha düşük teorik bir limite yol açar. Geleneksel bantgap referansları 1.25V çıktıları ile çalışır sistemler için uygun olmayabilir.
Düşük gerilimli bandgap referansları, bazen alt-bandgap veya fraksiyonal bandgap referansları olarak adlandırılır ve düşük gerilim uygulamaları ile hassas analog devreler sağlayabilir. Ek olarak, 1V'nin altında referans gerilimler sağlar.
Güç tüketimi batarya destekli uygulamalarda kritiktir. X60008C, 500 μV'de (.01%) mevcut 800 μV'ye doğru 5 ppm/°C'nin düşük yaş oranına sahiptir ve 800 nA'nın inanılmaz düşük tedarik süresine sahiptir.
Yüksek hacimli Uygulamaları
Yüksek sıcaklıklarda çalışan uygulamalar, otomotiv, endüstriyel ve havacılık sistemleri gibi, mükemmel yüksek sıcaklık performansı ile referanslar gerektirir. Standart ticari referanslar genellikle 85°C veya 125°C'ye çalışır, ancak bazı uygulamalar 150°C veya daha yüksek bir operasyon gerektirir.
Yüksek sıcaklık referansları genişletilmiş sıcaklık aralığında doğruluk ve istikrar sağlamalıdır. Sıcaklık katlaması daha da kritik hale gelir, çünkü toplam sıcaklık kaynaklı hata sıcaklık aralığına göre orantılıdır. Paket seçimi de önemlidir, bazı paket türleri diğerlerinden daha iyi yüksek sıcaklık güvenilirliğine sahiptir.
Termal histeriler yüksek sıcaklıklarda daha belirgin olabilir. Yüksek sıcaklık operasyonu için tasarlanmış kaynaklar genellikle termal bisikletten stres kaynaklı hataları en aza indirmek için özel ölü ek malzemeler ve paket tasarımları kullanırlar.
Test ve Karakterizasyon
Proper test ve gerilim referanslarının karakterizasyonu performans doğrulamak ve uygulama gereksinimleri karşılamak için gereklidir. Test yöntemleri ve sınırlamaları veri tablo özelliklerini yorumlamaya ve gerçek uygulamadaki referans performansını doğrulamaya yardımcı olur.
İlk İlk İlk Test Testi
İlk doğruluk genellikle bir kalibreli voltmetre veya gerilim standardı kullanarak 25°C'de ölçülmelidir. Ölçme doğruluğu anlamlı sonuçlar elde etmek için referans toleransından önemli ölçüde daha iyi olmalıdır. Birkaç milivolta veya daha az, 6.5-digit veya daha iyi voltmeter genellikle gereklidir.
Ölçüm kurulumu, termal EMF'lerden, gürültüden ve yükleme etkilerini en aza indirmeli ve filtreleme gürültüyü azaltmaya yardımcı olur, Kelvin bağlantıları yönlendirmeden hataları ortadan kaldırırken, referansın, bir miktar referansın, bir süre önce ölçüm için uygun bir süre için stabilize edilmesine izin verilmelidir.
Sıcaklık Co effective ölçüm
Ortak yöntem (definition) aşağıdaki denklemi kullanan "Box yöntemi" olarak adlandırılır: Bu yöntem, belirli bir sıcaklık aralığı üzerinden hatayı dikkate alır (Tmax - Tmin). Bu sıcaklık aralığında, maksimum ve minimum çıktının elde edilmesi için alınır (Vmax - Vmin).
Sıcaklık katsamı testi doğru sıcaklık kontrolü ve ölçüm yeteneğine sahip bir sıcaklık odası gerektirir. Referans, ölçümden önce her sıcaklık noktasında stabilize edilmesine izin verilmelidir, çünkü termal zaman sabitleri önemli olabilir. Çoklu sıcaklık döngüleri termal histeri etkilerini karakterize etmek için gerekli olabilir.
Şaşırtıcı olan özelliklerin bize tek bir sıcaklık katlama oranıyla ilgili herhangi bir bilgi vermediğini belirtmek önemlidir. Sadece belirli bir sıcaklık aralığında meydana gelebilecek maksimum hatayı hesaplamamıza izin verir. kritik uygulamalar için, tam gerilim-versus- sıcaklık eğrisini ölçmenin tek bir sıcaklık katlamadan daha fazla bilgi sağlar.
Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü Gürültü Ölçümü
Gürültü ölçümü özel ekipman ve teknikler gerektirir. Low-frekans gürültü genellikle zaman içinde çıktı gerilimi ölçmek ve güç spektral yoğunluğu hesaplamak ile karakterize edilir. Düşük-noise amplifikatörü, referans çıktısını önemli gürültü eklemeden bir seviyeye uygun bir seviyeye çıkarmak için gerekli olabilir.
Ölçüm bant genişliği ve entegrasyon zamanı belirtilmelidir, gürültü özellikleri frekans bağımlıdır.Gönlenen bir bant genişliği üzerinde belirtilen kanallarda kullanılan referanslar için yaygındır, ancak spektral ölçümler analiz ve simülasyon için daha ayrıntılı bilgi sağlar.
Uzun Süreli Stability Testi
Uzun vadeli stabilite testi zaman zaman alıcı ve pahalı, uzun süre boyunca referans gerilimi izlemek gerektirdiği gibi. Yüksek sıcaklıktaki Acelerated yaşlanma testleri daha kısa sürede uzun vadeli stabiliteler hakkında bazı bilgiler sağlayabilir, ancak hızlanan ve gerçek zamanlı yaşlanma arasındaki korelasyon her zaman mükemmel değildir.
Uzun vadeli istikrarı doğrulama gerektiren kritik uygulamalar için, referans aylarca veya yıllar boyunca bilinen bir istikrarlı standarda karşı periyodik olarak karşılaştırılabilir.Sessiz verilerin istatistiksel analizi gelecekteki performansı tahmin eder ve uygun kalibrasyon aralıklarını belirlemeye yardımcı olur.
Gelişmiş Konular Gerilme Referans Tasarım
Modern gerilim referans tasarımı, temel kısıtlamalara yönelik devam eden araştırmalarla gelişmeye devam ediyor ve gelişmiş performans için yeni mimariler geliştiriyor.
Curvature Compensation
Geleneksel bandgap referansları, iki mevcut toplamın daha geniş bir sıcaklık aralığı üzerinde daha yüksek sipariş koşullarını sağlayan noktaya kadar sadece birinci sıralı bir işlemsel yükselteç kullanarak yüksek siparişli tazminatı daha da geliştirdi.Bu yöntem daha geniş bir sıcaklık aralığı üzerinde yüksek çözünürlükte daha iyi gelişmiştir.
Curvature tazminat teknikleri, en yüksek sıcaklık stabilitesini gerektiren uygulamalar için sıcaklık yükünü azaltabilir.Bu teknikler genellikle temel bandgap çekirdeğinin yüksek sipariş sıcaklık bağımlılığını iptal eden ek sıcaklık bağımlısı şartlarını içerir. ekledik karmaşıklığı, en yüksek sıcaklık stabilitesini gerektiren uygulamalarda haklıdır.
Kazım ve Kalibrasyon Teknikleri
Modern gerilim referansları genellikle üretim sırasında ilk doğruluk ve sıcaklık katlarını geliştirmek için alıntılar içerir. Bu doğrulukta gelişme eşsiz, patentli multipoint lazer tazminat tekniği tarafından mümkündür. Lazer ince film dirençlilerinin sıkıştırılması, üretimden sonra referans özelliklerinin kesin bir şekilde belirlenmesine olanak sağlar.
Dijital olmayan hafıza kullanarak, lazer kesmeye alternatif sağlar. Referans özellikleri test sırasında ölçülür ve düzeltme değerleri EEPROM veya diğer non-volatile bellekte depolanır. referans devresi daha sonra istenen performansı elde etmek için bu düzeltmeleri uygular.Bu yaklaşım esneklik sunar ve aynı anda birden fazla parametre için telafi edilebilir.
Süreç ve Teknoloji Tahminleri
Silikon bandgap gerilimi sıfır kelvin, V GO, süreç, tedarik gerilimi ve sıcaklıktan fiziksel olarak bağımsızdır. Bu nedenle bu gerilimin hassas gerilim veya mevcut referans devrelerini tasarlamaya yardımcı olur. Temel fizik altta yatan gerilim referanslarını anlamak, gelişmiş tasarım ve mimarilere yardımcı olur.
Farklı yarı iletken süreçler, gerilim referans tasarımı için farklı ticaret noktaları sunar. Bipolar süreçler mükemmel transistör eşleştirme ve iyi kontrollü sıcaklık katlarını sağlar, hassas referanslar için ideal hale getirir. CMOS süreçleri dijital devreleriyle daha düşük maliyet ve daha kolay entegrasyon sağlar, ancak karşılaştırılabilir performans daha sofistike tasarım teknikleri gerektirir.
BiCMOS süreçleri her iki teknolojinin avantajlarını birleştirir, destek işlevleri için CMOS devreleri ile referans çekirdeği için hassas ikilem cihazları sunar.Bu kombinasyon, tamponlama, kırım ve sıcaklık algılama gibi entegre özelliklerle yüksek performanslı referanslar sağlar.
Alternatif yarı iletkenlik malzemeleri
Gallium arsenide (GaAs) bir grupgap gerilim referans devresini oluşturmak için kullanılabilir bir malzemedir. SI bandgap gerilimi (Silicon) referanslar en yaygın, bu da ~1.2 V. GaAs'da çıktı, daha büyük gerilim çıkışı ile referans kaynağı oluşturmak için kullanılabilir, çünkü daha geniş bantgap 1.42 eV.
Prensip olarak, herhangi bir yarı iletken, standart wafer malzemeleri üzerine rezerve edilebilir olduğu sürece bir grupgap gerilimi referansı oluşturmak için kullanılabilir.Bu nedenle Si bandgap referansları normalde CMOS süreçleri ile bir IC içinde dahil edilebilir. İmalat ve entegrasyon pratik dikkate alındığında, çoğu uygulama için alternatif malzemelerin teorik avantajlarına bağlıdır.
Common Design Pitfalls ve Çözümleri
Deneyimli tasarımcılar bile gerilim referanslarını uygulamada sorunlarla karşılaşabiliyorlar. Ortak tuzakları anlamak ve çözümleri bu sorunları önlemek ve optimal performans elde etmenize yardımcı oluyor.
Yemin ederim ki
Yeterli veya uygunsuz olarak atlanma kapasitörler yaygın bir problem kaynağıdır. Atlama kapasitör, referans cihazına mümkün olduğunca yakın olmalıdır, kısa, düşük yükleme bağlantıları ile.Farklı değerlerin birden fazla kapasitör kullanımı geniş bir frekans aralığına etkili bir şekilde atlama sağlar.
Konserya tipi de önemlidir. Seramik kapasitörler düşük ESR ve ESL sunabilir ancak önemli gerilim ve sıcaklık katsaları olabilir. Film kapasitörler daha stabil kapasitör sağlar ancak daha büyük ve daha pahalı. Seçim belirli uygulama gereksinimleri ve kısıtlamalara bağlıdır.
Ground Loops ve Gürültü Coupling
Ground loops, gürültüyü referans çıktısına enjekte edebilir, notlama performansına dönüştürür.Bir yıldız zemin yapılandırmasını ayrı analog ve dijital nedenlerle kullanarak, zemin gürültüyü en aza indirmeye yardımcı olur. Referans zemini doğrudan sistem zeminine bağlanmalıdır, referans zemin yolu aracılığıyla akıştan kaçınmalıdır.
Ekste devrelerden gelen gürültü darbesi de sınıf referans performansına yol açabilir. Gürültü kaynaklarından kalkan ve ayrılık temiz referans çıktısını korumak yardımcı olur. PCB'deki referanslar etrafındaki Muhafızlar gürültüden başka bir izolasyon sağlayabilir.
Termal Sorunlar
Isı-genekon bileşenlerinin yakınında referansı, mükemmel sıcaklık katsadi özellikleri ile bile sıcaklık kaynaklı hataların nedeni olabilir. Referans, PCB'nin termal olarak istikrarlı bir bölgesinde, yüksek akım izlerinin uzak olması ve diğer ısı kaynaklarına neden olmalıdır.
Referansın kendi güç dağılımından kendi ısıtımı da hataya neden olabilir. Daha yüksek quiescent mevcut daha fazla güçle referans verebilir ve termal yönetim gerektirir.Daha düşük quiescent mevcut veya PCB'ye daha iyi ısıtılması ile referans kullanarak, kendi ısıtımı azaltılabilir.
Yükleniyor Etkileri
Geçerli yükleme akımı, referansın sonlu çıkış engeli nedeniyle referans çıktı gerilimine neden olabilir.Mevcut yük, doğruyu korumak için referansın belirtilen aralığında tutulmalıdır.If higher load current is required, a buffer yükseltici is used between the reference and the load.
Capacitive yükleme bazı referanslarda stabilite problemlerine neden olabilir. Referans veri sayfası en yüksek izinli kapasitif yükü belirtmelidir.Eğer daha büyük kapasiteli filtreleme veya enerji depolama için gerekliyse, referans çıkışından bir dizi direnç eklenebilir.
Supply Voltage Issues
Belirtilen tedarik gerilimi aralığının dışındaki referansı performans bozulması veya başarısızlığına neden olabilir. Tedarik gerilimi, başlangıç geçicileri ve en kötü durumda yük koşulları dahil olmak üzere tüm işletim koşullarında veri tablo sınırları içinde kalmalıdır.
Tedarik gerilimi dalgalanması ve gürültü, referansın PSRR'ye rağmen referansın çıktısına göre birkaç kişi olabilir. Adequate Supply filter is essential, especially at frequency where the reference's PSRR is mitigate. A lineer düzenleyici or LC filtre on the reference supply supply can significantly improve performance in gürültülü ortamlarda.
Gerg Referans Teknolojisinde Geleceği Trendleri
Gerilme teknolojisi daha yüksek doğruluk, daha düşük güç tüketimi ve modern elektronik sistemlerle daha iyi entegrasyon talepleriyle ilerlemeye devam ediyor.
Ultra-Low-Power Referanslar
Batarya destekli ve enerji-harvesting sistemlerinin çoğalması, ultra-düşük güç gerilimi referansları için talep ediyor. Modern referanslar nanoamper aralığında mevcut tedariklerle çalışır ve iyi doğruluk ve sıcaklık istikrarı korurken, gelecekteki gelişmeler büyük olasılıkla güç tüketimini daha düşük maliyetli hale getirecektir.
Görevli işlem ve dinamik önyargı gibi teknikler, referansların son derece düşük ortalama güç tüketimi elde etmelerine izin verir. Bu yaklaşımlar, referansın yalnızca IoT cihazlarındaki periyodik sensör ölçümleri gibi geçici olarak ihtiyaç duyulan uygulamalar için özellikle uygundur.
Bütünleşme ve Sistem-on-Chip
Tek bir çip üzerinde analog ve dijital işlevlerin entegrasyonu, hassas analog performansı sürdürürken gürültülü dijital ortamlarda hem de sorunlara ve fırsatlar yaratıyor. Gelişmiş izolasyon teknikleri ve dikkatli bir düzen bu hedefe ulaşmada yardımcı olmalıdır.
Sistem-on-çip tasarımları farklı fonksiyonlar için optimize edilmiş birçok referans içerebilir. Örneğin, ADC için yüksek hacimli referans, her zaman izleme için düşük güç referansı ve dinamik uygulamalar için hızlı bir şekilde referans.Insetming, kalibrasyon ve sıcaklık algılaması, zaman ve sıcaklık algılayıcısı için yüksek çözünürlükte bir referans.
Gelişmiş Cümle Teknikleri
Dijital tazminat ve kalibrasyon teknikleri, ürünün yaşam boyu doğruluğu ile uygulanabilir olan performans iyileştirmelerini sağlar. Sıcaklık sensörleri, dijital sıcaklık kaynaklı hataların dijital düzeltmesine izin verir, 1 ppm/°C'nin altındaki sıcaklık katsayılarına ulaşır. Zaman temelli kalibrasyon, ürün ömrünün üzerindeki doğruluğu garanti edebilir.
Makine öğrenme ve uyarlayıcı algoritmaları gelecekteki gerilim referans sistemlerinde rol oynayabilir. Referansın davranışını zamanla ve çevresel koşullar üzerinden öğrenerek, bu sistemler sürüklenme ve diğer uzun vadeli etkiler için tahmin edebilir ve telafi edebilir veya zamanlayıcı kalibrasyon için ihtiyaçları ortadan kaldırır.
Yeni Mimarlıklar ve Malzemeler
Araştırma, geleneksel tasarımların temel sınırlarını aşan yeni gerilim referans mimarilerine devam ediyor. Kuantum tabanlı gerilim standartları, doğruluk ve istikrar içinde nihai teklif ediyor, ancak pratik uygulama zorlu kalır. MEMS tabanlı referanslar mekanik rezonansları eşsiz özelliklerle sağlam bir gerilim kaynakları oluşturmak için kullanıyor.
Yeni yarı iletken malzemeler ve süreçler, daha küçük özellik boyutları ile daha sofistike referans tasarımları daha iyi eşleştirme ve daha düşük güç tüketimi ile sağlar. Wide-bandgap yarı iletkenleri gibi yüksek sıcaklık işlemi için avantajlar sunar.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Hassas gerilim referansları modern elektronik sistemlerde temel bina bloklarıdır, doğru ölçümler, stabil kontrol sistemleri ve yüksek performanslı veri dönüşümüne olanak sağlar. Mekanik gerilim referansları, temel yarı iletken fizikten ileri tazminat tekniklerine temel sağlar, başarılı referans tasarımı ve uygulama için temel sağlar.
PCB düzeni, termal yönetim gibi pratik düşünceler ve doğru atlama teorik yönler olarak eşit derecede önemlidir. En iyi gerilim referansı, doğru uygulanmazsa potansiyel performanslarını elde etmeyi başaramaz. Tasarımın her alanında detaya dikkat edin, en iyi test ve karakterizasyona ulaşmak için önemlidir.
Frekans referans teknolojisi alanı, ultra güç operasyonu, gelişmiş tazminat teknikleri ve yeni mimariler ile gelişmeye devam ediyor. Elektronik sistemler daha sofistike ve talep edilen, gerilim referansları hız tutmalı, daha yüksek doğruluk, istikrar sağlamalı ve daha az enerji tüketilmeli ve daha az alan işgal ederken entegrasyona devam etmektedir.
Hassas analog devrelerle çalışan mühendisler için, referans seçimi, tasarımı ve uygulanmasının tüm yönlerini dikkatlice göz önünde bulundurarak, basit bir ölçüm sistemi veya sofistike bir araçlama platformu tasarlayabilmeleri için, gerilim referansı genellikle sistemin nihai performans sınırlarını belirler. Tüm referans seçimi, tasarımı ve uygulama alanlarını dikkatlice göz önünde bulundurmak, mühendisler performans hedeflerini güvenilir ve maliyetle etkili bir şekilde elde eden sistemleri oluşturabilir.
Ek Kaynaklar
Baskı referans tasarımı bilgilerini derinleştirmek isteyenler için, birçok kaynak mevcuttur. Üretici uygulama notları belirli referans cihazları kullanarak pratik rehberlik sağlar ve ortak uygulama problemlerini çözer. Akademik makaleler ve ders kitapları, gerilim referans devrelerinin ve yarı iletken fiziğin ayrıntılı teorik tedavilerini sunar. Online topluluklar ve forumlar diğer mühendislerden öğrenmek ve zorlu tasarım problemlerini tartışmak için fırsatlar sunar.
Anahtar kaynaklar:0)Analog Cihazlarının gerilim referansları üzerindeki uygulamaları notları[Dönderlik kaynağı için gerekli referans teorisi ve uygulama.ETHFLT:2).Tüm Devreler teknik makaleler[Döneticiler) açıklar. IEEE dergileri ileri gerilim referansları ve tazminat teknikleri hakkında araştırma yayınlar.
Els-on deneyimi, gerilim referans davranışı hakkında sezgi geliştirmek için paha biçilmezdir. Yapı ve test referans devreleri, performanslarını çeşitli koşullar altında ölçmek ve sorunları sorun giderme, tek başına okumadan elde edilemeyen öngörücüleri sunar.
Teknoloji ilerlemeleri ve yeni uygulamalar ortaya çıktığında, hassas gerilim referanslarının önemi sadece artacaktır. gerilim referans tasarımı ilkeleri ve uygulamaları usta olan mühendisler, yarının elektronik sistemlerinin zorluklarınla tanışmak için iyi donanımlı olacaktır, ölçüm sınırlarını zorlayan yenilikçi çözümler yaratırlar, sistem performansı ve enerji verimliliği.