單電壓基準與雙電壓基準的對決-I

　　開發一個低漂移系統會很難，特別是在使用雙極輸入信號時更是如此。

　　諸如圖1中顯示的雙向電流感測的應用要求使用兩個良好匹配的低漂移基準電壓。第一個電壓，VREF定義ADC的滿量程范圍。需要一個偏置電壓，VBIAS，來電平位移雙極信號。需要使VBIAS= VREF/2，這樣的話，ADC的正負擺幅相等。我將在這個系列博文中分三次討論生成兩個基準電壓的三個拓撲結構。

　　圖1：低漂移雙向單電源低端電流感測系統

　　如圖2中顯示，使用兩個單獨的電壓基準來提供一個簡單且直接的方法。

　　圖2：解決方案1(兩個獨立的基準)

　　對于圖1中的應用，VREF和VBIAS分別為3.0V和1.5V。表1列出了一對低漂移基準。在將漂移、準確度和成本考慮在內時，REF5030A是針對3V基準電壓的不錯選擇。不幸的是，低漂移、固定1.5V基準是不太容易得到的。在這個情況下，你可以選擇一個1.25V基準，諸如LM4149B，雖然這個選擇使正負范圍失衡。

　　表1：低漂移電壓基準

　　第二解決方案是可行的，使用圖3中顯示的分壓器指定一個3V電壓基準。

　　圖3：解決方案2(基準+分壓器+緩沖器)

　　在這里，VBIAS的漂移，如方程式 (1) 所示，由基準 (δREF)、電阻分壓器網絡 (δRDIV)和緩沖放大器 (δBUF) 的漂移所導致。

　　對于一個相類似的低漂移解決方案，選擇具有0.1%耐受值和5ppm/°C溫度漂移的電阻器。考慮到放大器的滿量程范圍為1.5V，緩沖放大器的偏移不是很明顯。要達到輸入偏移電壓所導致的誤差為0.1%和1ppm/°C漂移誤差的目標，此放大器應該具有少于1.5mV的偏移電壓和1.5µV/°C的漂移。表2顯示為這個解決方案所選擇的器件。要獲得與組件選擇的更多細節，請參考TIPD156，這是一款TI設計參考庫中的電流感測參考設計。

　　表2：第二個解決方案中的組件

　　我們來快速查看一下這里提出的兩個解決方案：

　　解決方案1是一個簡單直接的方法，但是被限定為固定的基準輸出，并且VBIAS不一定是VREF的一半。

　　解決方案2只使用一個基準，所以VBIAS的漂移將隨著VREF漂移的變化而變化。由于電阻器可以做出相應地調節，這個解決方案在VBIAS≠ VREF/2時具有很大的價值。說到缺點，這個解決方案需要更多組件。

　　圖4顯示了一個使用雙輸出電壓基準 (REF2030) 在一個芯片內提供VREF和VBIAS的第三解決方案。兩個獨立的緩沖器從帶隙電壓中生成VREF和VBIAS。內部電阻器依尺寸定制而使VBIAS= VREF/2。表3列出了REF2030的主要技術規格。

　　圖4：解決方案3(雙輸出基準電壓-REF2030)

　　表3：REF2030技術規格

　　到目前為止，我們已經展示了三個生成雙電壓基準的拓撲結構。請關注下周的博文，我們將比較這三個解決方案的性能。