高精度微功耗電壓參考芯片LM4040/4041及其應用
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摘要：LM4040/LM4041是Micrel公司生產的新型微功耗高精度電壓考慮芯片。它具有高精度和低功耗的特點。可為數據采集系統、測量儀器儀表、過程控制、電源管理、產品檢測、汽車電子以及高精度音頻設備提供高精度的電壓參考。文中介紹了LM4040/LM4041的主要特點、電氣參數、內部電路和典型應用。最后給出了一個懸浮式精密電流檢測器的應用電路。
本文引用地址：http://www.104case.com/article/226450.htm關鍵詞：電源 電壓參考 高精度 LM4040/LM4041
1 LM4040/4041的主要特點
LM4040/4041是Micrel公司生產的新型微功耗高精度電壓參考芯片。
它可為電池供電系統、數據采集系統、測量儀器儀表、過程控制、電源管理、產品檢測、汽車電子以及高精度音頻設備提供高精度的低功耗參考電壓。采用表面貼裝式小型SOT-23封裝形式。其大小僅3×1.3mm。
LM4040可提供2.500V、4.096V和5.000V三種參考電壓，而LM4041則有1.225V輸出和可調輸出兩種輸出形式。無論是LM4040還是LM4041，它們無有0.1%、0.2%、0.5%和1.0%等多種輸出精度的等級可供選擇，使用起來十分方便。表1列出了LM4040/4041系列中各型號等級的輸出電壓、精度和溫度漂移系數。
LM4040/4041無需濾波電容即可輸出高精度的參考電壓，而且可以方便地用來直接驅動任何容性負載。該系列產品的最小工作電流范圍在60μA（LM4041-1.2型）到74μA（LM4040-5.0）型之間。而LM4040和LM4041的最大工作電流分別為15mA和12mA。
表1 LM4040/4041系列各型號等級參數
| 型號規格 | 輸出電壓 | 精 度 | 溫度漂移系數 |
| LM4040AIM3-2.5 | 2.500V | ±0.1% | 100ppm/℃ |
| LM4040BIM3-2.5 | 2.500V | ±0.2% | 100ppm/℃ |
| LM4040CIM3-2.5 | 2.500V | ±0.5% | 100ppm/℃ |
| LM4040DIM3-2.5 | 2.500V | ±1.0% | 150ppm/℃ |
| LM4040AIM3-4.1 | 4.096V | ±0.1% | 100ppm/℃ |
| LM4040BIM3-4.1 | 4.096V | ±0.2% | 100ppm/℃ |
| LM4040CIM3-4.1 | 4.096V | ±0.5% | 100ppm/℃ |
| LM4040DIM3-4.1 | 4.096V | ±1.0% | 150ppm/℃ |
| LM4040AIM3-5.0 | 5.000V | ±0.1% | 100ppm/℃ |
| LM4040BIM3-5.0 | 5.000V | ±0.2% | 100ppm/℃ |
| LM4040CIM3-5.0 | 5.000V | ±0.5% | 100ppm/℃ |
| LM4040DIM3-5.0 | 5.000V | ±1.0% | 150ppm/℃ |
| LM4040AIM3-1.2 | 1.225V | ±0.1% | 100ppm/℃ |
| LM4040BIM3-1.2 | 1.225V | ±0.2% | 100ppm/℃ |
| LM4040CIM3-1.2 | 1.225V | ±0.5% | 100ppm/℃ |
| LM4040DIM3-1.2 | 1.225V | ±1.0% | 150ppm/℃ |
| LM4040CIM3-ADJ | 1.24V～10V | ±0.5% | 100ppm/℃ |
| LM4040DIM3-ADJ | 1.24V～10V | ±1.0% | 150ppm/℃ |
LM4040/4041采用電壓式齊納效應技術，保證了LM4040/4041在25℃時具有±0.1%的精度（A級）。而能隙參考溫度修正技術和較低的動態阻抗則保證了器件在電壓越限時能夠可靠地實現齊納翻轉，同時也拓寬了器件的溫度和電流的工作范圍。
另外，LM4040/4041高精度電壓參考芯片還具有如下特點：
●無需任何輸入輸出濾波電容；
●可直接驅動容性負載；
●具有1.225V、2.500V、4.096V和5.000V等多種固定電壓的輸出，并具有多種輸出精度等級可供選擇。
●具有可調電壓的輸出模式；
●溫度范圍寬；
●采用SOT-23小型表面貼封裝形式。
圖1所示是LM4040和LM4041電壓參考芯片的引腳示意圖。
2 主要參數
LM4040/4041高精度電壓參考芯片的輸出噪聲很低，在10～100Hz條件下，LM4040和LM4041芯片的輸出電壓噪聲典型值分別為35μVRMS和20μVRMS；LM4040的工作電流范圍為60μA～15mA；而LM4041的工作電流范圍為60μA～12mA；可調型LM4041的輸出電壓范圍在1.24～10V之間。以下是LM4040/4041芯片的極限參數：
●逆轉電流：20mA；
●正向電流：10mA；
●LM4041的最大可調輸出電壓：15V；
●功耗（在25℃時）：306mW；
●存儲溫度：-65℃～+150℃；
●焊接溫度：215℃；
●ESD感應：人體模式時：2kV；
機器模式時：200V。
3 內部電路及應用說明
3.1 內部電路
圖2是LM4040/4041的內部電路示意圖。從圖中可以看出：它們的主要區別在于可調輸出型是將固定輸出型中的兩個分壓電阻轉移到了芯片之外，以便用戶自動調節。但由于固定輸出型芯片中的兩個分壓電阻是生產時經過特殊工藝調整和校正的，因而較之于外部分壓電阻來說，固定輸出型具有更高的精確度。
3.2 典型應用電路
LM4040/4041的應用非常簡單。圖3是LM4040/4041的典型應用電路，可以看出：LM4040/4041無需任何外部濾波電容即可輸出穩定的電壓。需要說明的是：固定輸出型LM4040/4041內有一個寄存器的肖特基二極管，因此，在使用時應將這些芯片的3腳懸空或接到1腳上。而對于可調輸出型LM4041芯片，一般將3腳和電路的負端相連接。
在圖3中，連接在電源輸入端和電壓參考芯片之間的Rs是一個限流電阻，可用來調節電路的負載電流IL和參考電流IQ。在調節Rs時，電路的負載電流和加在LM4040/4041上的電壓都將發生變化。當電源電壓較小而要求負載電流較大時，Rs應選擇得小一些。當電源電壓較大而負載電流要求較小時，Rs則應該選得大一些。Rs值大小原則上應使流達LM4040和LM4041上的電流分別小于15mA和12mA為準。具體選擇可以用下式進行計算：
Rs=(Vs-VR)/(IL+IQ)
式中，Vs為電源電壓，VR為LM4040/4041的雪崩擊穿電壓，IL為負載電流，IQ為參考工作電流。
可調輸出型LM4041的輸出電壓Vo可1.24～10V之間進行調節。其值的大小除與LM4041的內部參考電壓有關外，主要取決于LM4041外部的反饋分壓電阻R1和R2。Vo與R1和R2的關系如下：
Vo=VREF[(R2/R1)+1]
在無特殊情況時，式中的VREF一般取1.24V。
3.3 懸浮式電流檢測器
圖4所示是采用可調輸出型LM4041的懸浮式精密電流檢測器的應用電路。圖中的D1可選用普通的LED發光二極管。隔離器件選用6引腳的光電藕合器4N28。電路的電源電壓為5V.利用該電路可對0～20mA的測量信號進行精密地隔離輸出，并可用于將物理量變換為電參量的多種測量系統中。
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