XFET ™ referenciák

Annak érdekében, hogy egy analóg jel digitális számot képviseljen (vagy ábrázoljon), egy referencia, általában feszültség szükséges a skála lefordításához. Így egy A/D konverter az analóg jel és a referenciafeszültség arányával arányos digitális számot állít elő; és egy D/A átalakító olyan kimenetet állít elő, amely a referencia alapján megállapított teljes feszültség vagy áram töredéke. Ha a referenciajel +1%-os hibát mutat, akkor arányos rendszerhibát okoz: a DAC analóg kimenete 1%-kal nő, az ADC digitális kimenete pedig 1%-kal csökken. Azokban a rendszerekben, ahol abszolút mérésekre van szükség, a rendszer pontossága nagymértékben függ a referencia pontosságától. A nagy felbontású adatgyűjtő rendszerekben, különösen azokban, amelyeknek széles hőmérséklet-tartományban kell működniük, elengedhetetlenek a nagy stabilitású referenciák. Bármely átalakító pontosságát korlátozza a hőmérséklet -érzékenység és a feszültség -referencia hosszú távú eltolódása. Ha megengedett, hogy a feszültségreferencia csak a legkisebb szignifikáns bit felével egyenértékű hibát okozzon (1 LSB = 2-n a teljes skálán), meglepő lehet látni, hogy a hivatkozásnak milyen jónak kell lennie, még akkor is, ha kis hőmérsékletű kirándulások. És amikor a hőmérsékletváltozások nagyok, a referencia -kialakítás nagy probléma. Például egy autokalibrált valódi 16 bites A/D konverter LSB értéke 15.2 ppm (ppm) teljes skála. Ahhoz, hogy az ADC abszolút pontossága 16 bit legyen, a feszültség-referencia hibának a teljes üzemi hőmérséklet-tartományban kisebbnek vagy egyenlőnek kell lennie, mint 1/2 LSB, vagy 7.6 ppm. Ha a referenciaeltolódás 1 ppm/° C, akkor (figyelmen kívül hagyva az összes többi hibaforrást) a teljes hőmérséklet-ingadozás nem haladhatja meg a 7.6 ° C-ot a valódi 16 bites pontosság fenntartása érdekében. A másik hibaforrás, amelyet gyakran figyelmen kívül hagynak, a referenciazaj; alacsony szinten tartása (általában kevesebb, mint 1/4 LSB) kritikus a nagy pontosság érdekében. A referencia hőmérsékleti együtthatójának nemlinearitása és a nagy termikus hiszterézis további hibaforrások, amelyek jelentősen befolyásolhatják a rendszer általános pontosságát. Hivatkozások típusai Zener* diódák: Hosszú évek óta széles körben használják a hőmérséklet-kompenzált Zener diódát, amelyet az eszköz felületén lévő bázis-kibocsátó csomópont fordított lebomlása okoz. A zenerek feszültségesése állandó, különösen, ha olyan áramkörben használják, amely magasabb tápfeszültségből származó állandó áramot tud biztosítani. A zenerek feszültségopciók széles választékában állnak rendelkezésre: körülbelül 6 V-tól 200 V-ig, 1.0% és 20% közötti tűréshatárok, valamint a watt töredékétől 40 vagy 50 W-ig terjedő teljesítménydisszipáció. Azonban sok hiányosságuk van. Gyakran további áramkört igényelnek az alacsony kimeneti impedancia eléréséhez, az alacsony költségű eszközök feszültségtűrése általában gyenge; zajosak és nagyon érzékenyek az áram és a hőmérséklet változásaira, és hajlamosak az idő múlásával történő változásra. A temetett vagy felszín alatti Zener az előnyös referenciaforrás a pontos IC -eszközök számára. A felszín alatti Zener -referenciában a fordított bontási területet védő diffúzió borítja, hogy jóval alatta maradjon a felületen található szennyeződéseknek, mechanikai feszültségeknek és kristályhibáknak. Mivel ezek a hatások hozzájárulnak a zajhoz és a hosszú távú instabilitáshoz, az eltemetett lebontási dióda kevésbé zajos és stabilabb, mint a felületi Zenerek. Mindazonáltal legalább 6 V-os tápfeszültséget igényel, és több száz mikroampert kell felvennie, hogy a zaj praktikus szinten maradjon. *Megjegyzés: A referenciadiódák kétféle meghibásodási jelenséget használhatnak: Zener és lavina. A legtöbb referencia dióda magasabb feszültségű lavina módot alkalmaz, de mindegyiket "Zener" diódának nevezték. Sávszélességek: A feszültségreferenciák másik népszerű tervezési technikája a sávszélesség elvét alkalmazza: bármely szilícium tranzisztor Vbe negatív hőmérséklete körülbelül 2 mV/° C, ami kb. 1.2 V -ra extrapolálható abszolút nulla értéknél (a szilícium sávszélessége) . A bázis-emitter feszültség különbsége a különböző áramsűrűséggel működő illesztett tranzisztorok között arányos lesz az abszolút hőmérséklettel (PTAT). Ez a negatív hőmérséklet -együtthatóval ellátott Vbe -hez hozzáadott feszültség eléri az állandó sávszélességet. Ez a hőmérséklet-invariáns feszültség "alacsony feszültségű Zener-diódaként" használható söntcsatlakozásban (AD1580). Gyakrabban erősítik és pufferelik, hogy szabványos feszültségértéket, például 2.5 vagy 5 V. A sávszélesség -feszültségreferencia bevezetése óta nagyfokú finomítást ért el, és széles körben használják; mégis hiányzik a pontosság, amelyet sok mai elektronikus rendszer igényel. A praktikus sávszélesség-referenciák nem a jó zajteljesítményre utalnak, jelentős hőmérséklet-hiszterézist mutatnak, és hosszú távú stabilitással rendelkeznek, legalább egy chipen lévő ellenállás abszolút értékétől függően. Egy új elv-az XFET ™: Az 5 V-os tápegységeket használó rendszerek elterjedésével és a növekvő 3 voltos és alatti feszültségű működési igényekkel az IC-k és rendszerek tervezőinek nagy teljesítményű feszültségreferenciákra van szükségük, amelyek jóval alatta lévő tápegységekről is működhetnek a> 6 V szükséges a eltemetett Zener diódákhoz. Egy ilyen eszköznek az alacsony fogyasztású működést alacsony zajszinttel és alacsony sodródással kell kombinálnia. Ugyancsak kívánatos a lineáris hőmérsékleti együttható, a jó hosszú távú stabilitás és az alacsony termikus hiszterézis. Ezen igények kielégítésére új referencia-architektúrát hoztak létre, amely biztosítja ezt a nagyon kívánt feszültségreferenciát. Az XFET™ (eXtra implantált FET) elnevezésű technika alacsony zajszintű referenciaértéket ad, amely alacsony tápáramot igényel, és javított hőmérsékleti együttható linearitást biztosít alacsony termikus hiszterézis mellett. Az XFET referencia magja két csomópont-térhatású tranzisztorból áll, amelyek közül az egyik egy extra csatornaimplantátummal rendelkezik, hogy növelje a leszorító feszültséget. Ha mindkét JFET ugyanazon a leeresztőáram mellett működik, a lehúzási feszültség különbsége felerősödik, és rendkívül stabil feszültségreferencia létrehozására szolgál. A belső referenciafeszültség körülbelül 500 mV, negatív hőmérsékleti együtthatója körülbelül 120 ppm/K. Ez a meredekség lényegében a szilícium dielektromos állandójához van kötve, és szorosan kompenzálja egy korrekciós tag hozzáadásával, amelyet ugyanúgy generálnak, mint az arányos-abszolút hőmérséklet (PTAT) kifejezés, amelyet a sávszélesség-referenciák kompenzálására használnak. Az XFET belső hőmérsékleti együtthatója azonban mintegy harmincszor alacsonyabb, mint a bandgap-é. Ennek eredményeként sokkal kevesebb korrekcióra van szükség. Ez általában sokkal kevesebb zajt eredményez, mivel a sávszélesség-referencia zajának nagy része a hőmérséklet-kompenzációs áramkörből származik. A hőmérséklet korrekciót egy áram, az IPTAT biztosítja, amely pozitív és arányos az abszolút hőmérséklettel (1. ábra). Ábra 1. Az ADR29x referencia egyszerűsített sematikus diagramja. Az ADR29x sorozat az első az XFET architektúrán alapuló, egyre növekvő referenciacsaládból. 2.7-15 V tápsínről működnek, és mindössze 12 µA-t vesznek fel. A kimeneti feszültség opciói a következők: 2.048 V (ADR290), 2.5 V (ADR291), 4.096 V (ADR292) és 5 V (ADR293). Az új technológia gyümölcsei: Az XFET áramkör topológiájának jelentős előnyei vannak a legtöbb bandgap és Zener referenciával szemben. Ha ugyanazon az áramerősséggel működik, az XFET-referencia csúcs-csúcs közötti zajfeszültsége 0.1 és 10 Hz közötti frekvenciákon általában háromszor kisebb, mint a sávszélességnél (lásd a REF3 és az ADR192 összehasonlítását). Alternatív megoldásként a sávszélesség-referenciának általában az XFET-referencia tápáramának 20-szorosánál kell futnia, hogy egyenértékű csúcs-csúcs zajszintet biztosítson (ADR291 vs. AD680). Az XFET referencia nagyon lapos vagy lineáris hőmérsékleti együtthatóval rendelkezik a kiterjesztett ipari üzemi hőmérséklet -tartományban. A legjobb sávszélesség- és Zener-feszültségreferenciák általában nem lineáris hőmérsékleti együtthatókkal rendelkeznek a szélsőséges hőmérsékleteken. Ezek a nemlinearitások részenként nem konzisztensek, ezért egy egyszerű ROM/szoftver keresőtábla nem használható a hőmérsékleti együttható korrekciójára. A hőmérsékleti együttható linearitása nagyon fontos specifikáció a DVM alkalmazásokhoz. Az XFET másik nagy előnye a kiváló hosszú távú stabilitás. A sodródás kevesebb, mint egyötöde a sávszélesség referenciájának, és összehasonlítható a Zener-referenciákkal (lásd a táblázatot). Táblázat 1. Zener, Bandgap és XFET referenciák összehasonlítása Paraméter ADR291 AD586 AD680 REF192 Referencia topológia XFET Buried Zener Bandgap Sávtávolságú tápfeszültség (V) +3.0 +15.0 +5.0 +3.3 Kimeneti feszültség (V) 2.5 A*cymura 5 A*cym. ±2.5 ±2.5 ±2 ±2 hőmérsékleti együttható (ppm/°C)* max 5 (-2-től +8-ig) 25 (85-tól +2-ig) 0 (-70-től +20-ig) 40 (-85-től +5-ig) Zaj Feszültség 40-85 Hz (µV pp) 0.1 10 8 4 Nyugalmi áram (µA) max, 10°C 25 25 12 3000 Vonalszabályozás (ppm/V)*, max 250 45 100 100 Terhelésszabályozás (max./mA)* 40 4 100 100 Üzemi hőmérséklet tartomány (°C) -100 - +10 -40 - +125 -40 - +85 -40 - +85 *Csúcsminőség Az alacsony nyugalmi áram ellenére az ADR40x család 85 mA-t képes leadni a terhelés egy alacsony lemorzsolódású PNP végfokozatból; és nincs szükség kimeneti lecsatoló kondenzátorra. A termikus hiszterézis az XFET kialakítással sokkal jobb, mint a sávközökkel. A gyártókészülékek körülbelül 200 µV visszanyerhető és nem halmozódó eltolódást mutatnak, ha 100 kelvin hősokknak vannak kitéve. 500 és 1000 µV közötti eltolódás a hasonló sávszélességekben. Az ADI szabadalmaztatott XFET architektúrája által kínált általános teljesítményelőnye a pontosságot, stabilitást és alacsony teljesítményt igénylő hordozható rendszerekben páratlan a meglévő sáv- és Zener -referenciákkal. Alkalmazás-áramforrás: Az ADR29x sorozat számos kis teljesítményű, alacsony feszültségű precíziós referenciaalkalmazáshoz hasznos, beleértve a negatív referenciákat és a "felerősített" precíziós szabályozókat, amelyek külső, alacsony nyugalmi állapotú sín-sín erősítőket használnak Kelvin visszacsatoló csatlakozással. Az alacsony és érzéketlen nyugalmi áram (körülbelül 12 ± 2 µA túlmelegedés) lehetővé teszi, hogy az ADR29x család tagjai precíziós áramforrásként szolgáljanak, alacsony tápfeszültségről működve. A 2. ábra egy földelt terhelésű lebegő áramforrás alapbekötését mutatja be. A precízen szabályozott kimeneti feszültség hatására (VOUT/RSET) áram folyik az RSET -en keresztül, ami egy fix és egy állítható külső ellenállás összege. Ez az áram, <5 mA, hozzáadódik a nyugalmi áramhoz, és így alakítja ki a terhelési áramot az RL -en keresztül. Így 12 µA és 5 mA közötti előre látható áramok programozhatók a terhelésen keresztül. Ábra 2.

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista