XFET ™ Referenser

För att en analog signal ska representera (eller representeras av) ett digitalt tal är en referens, vanligtvis spänning, nödvändig för att översätta skalan. Således alstrar en A/D-omvandlare ett digitalt tal proportionellt mot förhållandet mellan en analog signal och en referensspänning; och en D/A-omvandlare producerar en utsignal som är en bråkdel av fullskalig spänning eller ström, fastställd med en referens. Om referenssignalen utvecklar ett fel på +1%, kommer det att orsaka ett proportionellt systemfel: den analoga utsignalen från en DAC ökar med 1%och den digitala utsignalen från en ADC minskar med 1%. I system där absoluta mätningar krävs är systemnoggrannheten starkt beroende av referensens noggrannhet. I högupplösta datainsamlingssystem, särskilt de som måste fungera över ett brett temperaturområde, är högstabilitetsreferenser ett måste. Varje omvandlers noggrannhet begränsas av temperaturkänsligheten och långsiktig drift av dess spänningsreferens. Om spänningsreferensen får bidra med ett fel som motsvarar endast 1/2 av en minst signifikant bit (1 LSB = 2-n i full skala) kan det vara överraskande att se hur bra referensen måste vara, även för små temperaturutflykter. Och när temperaturförändringarna är stora är referensdesignen ett stort problem. Till exempel har en autokalibrerad äkta 16-bitars A/D-omvandlare en LSB på 15.2 delar per miljon (ppm) i full skala. För att ADC ska ha en absolut noggrannhet på 16 bitar måste spänningsreferensfelet över hela driftstemperaturområdet vara mindre än eller lika med 1/2 LSB, eller 7.6 ppm. Om referensdriften är 1 ppm/°C, då (om man bortser från alla andra felkällor) får den totala temperatursvängningen inte överstiga 7.6°C för att bibehålla sann 16-bitars noggrannhet. Andra felkällor som ofta förbises är referensbrus; Att hålla den låg (vanligtvis mindre än 1/4 LSB) är avgörande för hög noggrannhet. Icke -linearitet för referensens temperaturkoefficient och stora termiska hysteres är andra felkällor som kan påverka den övergripande systemnoggrannheten avsevärt. Typer av referenser Zener*-dioder: Den temperaturkompenserade Zener-dioden som har använts i många år, produceras av omvänd nedbrytning av bas-emitterövergången vid enhetens yta. Zeners har konstant spänningsfall, särskilt när de används i en krets som kan ge en konstant ström som härrör från en högre matningsspänning. Zeners finns i ett brett spektrum av spänningsalternativ: från cirka 6 V till 200 V, toleranser på 1.0% till 20% och effektförlust från en bråkdel av watt till 40 eller 50 W. Men de har många brister. De kräver ofta ytterligare kretsar för att få låg utgångsimpedans, spänningstoleransen för billiga enheter är i allmänhet dålig; de är bullriga och mycket känsliga för förändringar i ström och temperatur, och de är mottagliga för förändringar med tiden. Den nedgrävda eller underjordiska Zenern är den föredragna referenskällan för exakta IC-enheter. I en Zener -referens under ytan täcks det omvända nedbrytningsområdet av en skyddande diffusion för att hålla den långt under föroreningar, mekaniska spänningar och kristallbrister som finns på ytan. Eftersom dessa effekter bidrar till buller och långsiktig instabilitet, är den nedgrävda nedbrytningsdioden mindre bullrig och stabilare än yt -Zeners. Det kräver dock en strömförsörjning på minst 6 V och måste dra flera hundra mikroampere för att hålla bullret på en praktisk nivå. *Obs: Referensdioder kan använda två typer av nedbrytningsfenomen, Zener och lavin. De flesta referensdioder använder lavinläget med högre spänning, men alla har kommit att kallas "Zener"-dioder. Bandgaps: En annan populär designteknik för spänningsreferenser använder bandgap-principen: Vbe för vilken kiseltransistor som helst har en negativ tempco på cirka 2 mV/°C, vilket kan extrapoleras till cirka 1.2V vid absolut noll (bandgapspänningen för kisel) . Skillnaden i basemitterspänning mellan matchade transistorer som arbetar med olika strömtätheter kommer att vara proportionell mot absolut temperatur (PTAT). Denna spänning, som läggs till en Vbe med dess negativa temperaturkoefficient, kommer att uppnå den konstanta bandgapspänningen. Denna temperaturinvariant spänning kan användas som en "lågspännings-zenerdiod" i en shuntanslutning (AD1580). Oftare förstärks och buffras den för att producera ett standardspänningsvärde, såsom 2.5 eller 5 V. Bandgapspänningsreferensen har uppnått en hög grad av förfining sedan dess introduktion och används i stor utsträckning; men den saknar den precision som många av dagens elektroniska system kräver. Praktiska bandgap-referenser noteras inte för bra brusprestanda, uppvisar avsevärd temperaturhysteres och har långtidsstabilitet beroende på det absoluta värdet av minst ett on-chip-motstånd. En ny princip - XFET™: Med spridningen av system som använder 5-V-försörjning och det växande behovet av drift vid och under 3 volt, behöver designers av IC:er och system högpresterande spänningsreferenser som kan fungera från matningsskenor långt under >6 V som behövs för nedgrävda Zenerdioder. En sådan anordning måste kombinera lågeffektdrift med lågt brus och låg drift. Även önskvärd är linjär temperaturkoefficient, god långsiktig stabilitet och låg termisk hysteres. För att möta dessa behov har en ny referensarkitektur skapats för att tillhandahålla denna mycket eftertraktade spänningsreferens. Tekniken, kallad XFET ™ (eXtra implanterad FET), ger en referens med låg ljudnivå som kräver låg matningsström och ger förbättrad temperaturkoefficientlinjäritet med låg termisk hysteres. Kärnan i XFET-referensen består av två övergångsfält-effekt-transistorer, varav en har ett extra kanalimplantat för att höja sin nypspänning. Med båda JFET-enheterna som körs på samma avloppsström förstärks skillnaden i nypspänning och används för att bilda en mycket stabil spänningsreferens. Den inneboende referensspänningen är cirka 500 mV, med en negativ temperaturkoefficient på cirka 120 ppm/K. Denna lutning är väsentligen låst till den dielektriska konstanten för kisel och kompenseras nära genom att lägga till en korrektionsterm genererad på samma sätt som den proportionella till absoluta temperaturen (PTAT) som används för att kompensera bandgapreferenser. Emellertid är XFET: s inneboende temperaturkoefficient ungefär trettio gånger lägre än en bandgap. Som ett resultat behövs mycket mindre korrigering. Detta tenderar att resultera i mycket mindre brus, eftersom det mesta av bruset från en bandgapreferens kommer från temperaturkompensationskretsen. Temperaturkorrigeringstermen tillhandahålls av en ström, IPTAT, som är positiv och proportionell mot den absoluta temperaturen (Figur 1). Figur 1. Förenklat schematiskt diagram över ADR29x -referens. ADR29x-serien är den första i en växande familj av referenser baserade på XFET-arkitekturen. De fungerar från matningsskenor från 2.7 till 15 V och drar bara 12 µA. Alternativ för utspänning inkluderar 2.048 V (ADR290), 2.5 V (ADR291), 4.096 V (ADR292) och 5 V (ADR293). Frukterna av den nya tekniken: XFET-kretstopologin har betydande fördelar jämfört med de flesta bandgap- och Zener-referenser. Vid drift med samma ström är topp-till-topp-brusspänning från en XFET-referens vid frekvenser mellan 0.1 och 10 Hz vanligtvis 3 gånger mindre än för en bandgap (se jämförelse mellan REF192 och ADR291). Alternativt måste en bandgapsreferens köras med typiskt 20 gånger matningsströmmen för en XFET-referens för att ge likvärdig topp-till-topp brusprestanda (ADR291 vs. AD680). XFET -referensen har en mycket platt eller linjär temperaturkoefficient över det utökade industriella temperaturområdet. De bästa bandgap- och Zener-spänningsreferenserna har vanligtvis icke-linjära temperaturkoefficienter vid extrema temperaturer. Dessa olineariteter är inte konsekventa från del till del, så en enkel uppslagstabell för ROM/programvara kan inte användas för temperaturkoefficientkorrigering. Temperaturkoefficientlinjäritet är en mycket viktig specifikation för DVM-tillämpningar. En annan stor fördel med XFET är dess utmärkta långsiktiga stabilitet. Dess drift är mindre än en femtedel av en bandgap-referens och jämförbar med den för Zener-referenser (se tabell). Tabell 1. Jämförelse av Zener-, Bandgap- och XFET-referenser Parameter ADR291 AD586 AD680 REF192 Referenstopologi XFET Begravd Zener-bandgap Bandgap Matningsspänning (V) +3.0 +15.0 +5.0 +3.3 Spänning Utgång (V) 2.5 5 2.5 2.5 Initim Accuracy (2 Initim) ±2 ±5 ±2 ±8 Temperaturkoefficient (ppm/°C)* max 25 (-85 till +2) 0 (70 till +20) 40 (-85 till +5) 40 (-85 till +0.1) Buller Spänning 10 till 8 Hz (µV pp) 4 10 25 25 Stoppström (µA) max, 12 ° C 3000 250 45 Linjereglering (ppm/V)*, max 100 100 40 Lastreglering (ppm/mA)* max 4 100 100 100 Driftstemperaturområde (°C) -10 till +40 -125 till +40 -85 till +40 -85 till +40 *Topklass Trots den låga viloströmmen kan ADR85x-familjen leverera 29 mA till belastningen från ett PNP-utgångssteg med lågt avhopp; och det finns inget krav på en utgångsavkopplingskondensator. Termisk hysteres med XFET-designen är mycket bättre än med bandgap. Produktionsenheter uppvisar ungefär 200 µV av återvinningsbar och icke-kumulativ förskjutning när de utsätts för en 100-kelvin termisk chock vs. en 500 till 1000-µV förskjutning i jämförbara bandgap. Den övergripande prestandafördelen som erbjuds av ADI:s egenutvecklade XFET-arkitektur i bärbara system som kräver precision, stabilitet och låg effekt är oöverträffad av befintliga bandgap eller Zener-referenser. Applikation-strömkälla: ADR29x-serien är användbar för många lågeffekts-, lågspännings-precisionsreferensapplikationer, inklusive negativa referenser och "förstärkta" precisionsregulatorer som använder externa låg-vilande järnvägs-till-järnvägsförstärkare med Kelvin-återkopplingsanslutningar. Den låga och okänsliga vilande strömmen (cirka 12 ± 2 µA över temperatur) gör att familjemedlemmarna i ADR29x kan fungera som precisionsströmkällor från låg matningsspänning. Figur 2 visar en grundanslutning för en flytande strömkälla med en jordad last. Den precisionsreglerade utspänningen får en ström på (VOUT/RSET), att flyta genom RSET, vilket är summan av ett fast och ett justerbart yttre motstånd. Denna ström, <5 mA, lägger till den vilande strömmen för att bilda belastningsströmmen genom RL. Således kan förutsägbara strömmar från 12 µA till 5 mA programmeras att flöda genom lasten. Figur 2.

Lämna ett meddelande 

meddelande~~POS=TRUNC