原创 产生稳定电压的基准电压元件（3）

声特性与运放相近。噪声频谱在较高频率时是平坦的。不过，由于是对DC输出使用基准电压元件，因此大多数制造商都规定了自己产品（如在0.1 Hz?10 Hz频率范围内）的峰峰输出噪声电压。增加输出电容可以降低这种噪声，但必须非常小心，不能造成基准电压的不稳定。与所有运放电路一样，驱动一个大的电容负载会使放大器发生振荡。Analog Devices公司的Moghimi希望，模拟设计者应更仔细地阅读现代基准电压IC的数据表。他说：“有些客户仍然认为，最好在器件输出端放一个大的输出电容。但这样做即使不产生稳定问题，它也可能使温度系数恶化。”

　　另一种降低噪声的技巧是将多只基准电压元件并联，然后同时加在输出上。噪声是一种随机现象，因此每只基准电压IC的噪声贡献都是一个rms（均方根）形式。于是，10只并联的基准元件就可以将电压噪声降低至10的平方根分之一，即大约1/3（图10）。先进的基准电压IC（如凌特技术公司的LTC6655）在0.1 Hz?10 Hz范围上有0.625 μV 峰峰值的噪声特性。

　　另外一种与温度系数相关的特性是滞后效应，这种效应是指：当器件先加热，再冷却到初始温度时，输出漂移到了另一个电平。制造商一般将其设定为在一个温度经过区间（如0°C?50°C再?0°C）上的百万分之一值。与所有其它模拟电路类似，基准电压芯片也有PSRR（电源抑制比）， 即器件对供电电源中任何噪声或变动的衰减能力。这一特性现在很重要，因为越来越多系统采用开关型稳压器为基准电压IC供电。制造商一般将这种特性描述为在DC或一个频率范围上的电压分贝比率。

　　PSRR在较高频率时总是下降的，通常在1 MHz时跌至20 dB或更低。如果您的基准电压芯片使用的电源中包含有在这些高频上工作的开关稳压器，则必须确保电源的纹波与噪声不会因为高频PSRR不良而混入基准电压输出中。一般解决这些问题的方法是在开关电源输出端放一个线性的前置稳压IC，然后再输出给基准电压芯片。另外，也可以在基准电压IC的电源端前面放RC（电阻/电容）或RLC（电阻/电感/电容）滤波器。这种方法可防止基准电压中出现高频噪声。

　　有些工程师会用到基准电压元件的Spice模型；但要记住，这些模型的质量变化很大。例如，Analog Devices公司在模型中模拟了大部分特性。其它公司则根本没有对基准元件建模。要确认您的模型考虑了会影响设计的所有规格与特性。也许必须做一次Monte Carlo Spice运行，这能够看到精度的极限，但至少能了解所评估器件的极限。

　　在多种特性中权衡

　　基准电压元件的精度与噪声是系统设计中要权衡的两个重要方面。例如，液晶电视采用了D类音频子系统。D类放大器与开关电源类似，效率高于普通的AB类放大器。不过，D类放大器的一个缺点是它们的PSRR差于线性输出级。因此，必须使用一只质量较好的电源，或用一种更昂贵的带反馈的D类IC，反馈可以校正由于电源电压变化所产生的误差。这种权衡直接影响着对基准电压元件的选择。在低纹波和调节好的电源电路中，可以使用低噪声的基准电压元件。然后，音频系统就能使用较廉价的开环式D类放大电路。另一方面还有一种成本较低的方法，就是用带反馈与良好PSRR的D类放大器IC，这样就可以使用价格不高的电源电路。这种折中将随时代以及电视的功率与成本目标而改变。用更昂贵的基准电压电路可以节省其它费用，如对子系统，工厂校准或批量生产时的测试费用。

　　
       与模拟设计一样，基准电压元件的使用要比想象的复杂得多。虽然只有两到三只管脚，但很多特性都影响着它的质量（表1）。要确认您了解了所有规格与特性及其重要性。如果有任何疑问，一定要咨询基准电压IC和数据转换IC制造商的应用工程部门。他们会很乐意帮助您了解基准电压IC使用方面的复杂问题。记住，在模拟世界中，一个初始精确的规格仅是一个开始。实际的精度要取决于时间、温度、电源质量，以及一系列其它因素。在设计开始时，要将基准电路的规格与特性考虑到误差预算中，以确保当电路进入批量生产时不会出现问题。然后，就可以举杯庆祝成功了，而不至忙着为基准元件的正常工作而下达ECO（工程变更指令）。

　　参考文献

1. “Series or Shunt Voltage Reference?” Application Note 4003, Maxim Integrated Products, March 19, 2007.
2. Bauman, Edward, Applications of Neon Lamps and Gas Discharge Tubes, Carl