所有模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）都需要參考信號，通常是電壓。 ADC的數(shù)字輸出表示輸入與參考的比率，DAC的數(shù)字輸入定義了模擬輸出與參考的比率。有些轉(zhuǎn)換器內(nèi)置了參考，有些轉(zhuǎn)換器需要外部參考，但所有轉(zhuǎn)換器都必須具有某種電壓（或電流）參考值。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的大多數(shù)早期應(yīng)用都采用“直流”測量。緩慢變化的信號，其中測量的確切時(shí)間并不重要。今天，大多數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用都在采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，其中必須處理大量等間隔的模擬采樣，并且頻譜信息與幅度信息一樣重要。這里頻率或時(shí)間參考的質(zhì)量（“采樣時(shí)鐘”或“重建時(shí)鐘”）與電壓參考的質(zhì)量相當(dāng)。

電壓參考

Q. 電壓參考必須有多好？

A。這取決于系統(tǒng)。在需要絕對測量的情況下，精度受參考值已知的精度限制。然而，在許多系統(tǒng)中，穩(wěn)定性或可重復(fù)性比絕對精度更重要;在一些采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，電壓基準(zhǔn)的長期精度幾乎不重要 - 但可以通過從噪聲系統(tǒng)電源獲得參考來引入誤差。

單片埋入式齊納基準(zhǔn)（用于例如，AD588和AD688）在10 V（0.01％或100 ppm）的初始精度為1 mV，溫度系數(shù)為1.5 ppm /°C。它們足夠精確，可以在12位系統(tǒng)（1 LSB = 244 ppm）中使用未修整，但不能在14位或16位系統(tǒng)中使用。將初始誤差調(diào)整為零，可在限定溫度范圍內(nèi)將其用于14位和16位系統(tǒng)。 （1 LSB = 61 ppm，AD588或AD688的溫度變化為40°C。）

為獲得更高的絕對精度，參考溫度可能需要在恒溫控制的烤箱中穩(wěn)定，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)。在許多系統(tǒng)中，雖然不需要12位絕對精度，但可能需要12位或更高的分辨率;在這里，可以使用不太準(zhǔn)確（且成本較低）的帶隙參考。

問： “埋藏的齊納”和“帶隙”是什么意思？

A。這些是集成電路中最常用的兩種精密基準(zhǔn)電壓源。

“埋入式”或次表面齊納二極管更穩(wěn)定，更準(zhǔn)確。它由一個(gè)具有正確反向擊穿電壓值的二極管組成，形成在集成電路芯片的表面水平之下，然后由保護(hù)性擴(kuò)散覆蓋，以保持擊穿低于表面。

然而，其擊穿電壓通常約為5 V或更高，并且必須汲取幾百微安才能實(shí)現(xiàn)最佳操作，因此該技術(shù)不適用于必須從低電壓運(yùn)行且功耗低的參考電壓。對于此類應(yīng)用，“帶隙”參考是優(yōu)選的。它產(chǎn)生具有正溫度系數(shù)的電壓，以補(bǔ)償晶體管的V _be 的負(fù)溫度系數(shù)，保持恒定的“帶隙”電壓。在所示的電路中，* Q2具有Q1的發(fā)射極面積的8倍;該對產(chǎn)生與R1中的絕對溫度（PTAT）成比例的電流，產(chǎn)生與Q1的V _為串聯(lián)的PTAT電壓，產(chǎn)生電壓，V _z 如圖所示，它不隨溫度變化而可以放大。它等于硅帶隙電壓（外推至絕對零度）。

帶隙基準(zhǔn)電壓比最佳埋入式齊納基準(zhǔn)電壓源的精度和穩(wěn)定性稍差，但溫度變化優(yōu)于3 ppm /°C

問：使用電壓參考時(shí)應(yīng)采取哪些預(yù)防措施？

A。記住良好的模擬電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識：注意高阻抗導(dǎo)體中的電壓降，來自公共接地阻抗的噪聲以及來自不充分去耦的電源軌的噪聲?？紤]參考電流在哪個(gè)方向流動，并注意容性負(fù)載。

Q. 我知道電壓降和噪聲的影響，但參考必須為導(dǎo)體中的電壓降提供足夠大的電流嗎？

一個(gè)。通常，引用是內(nèi)部緩沖的;大多數(shù)將采集和下沉5-10毫安。某些應(yīng)用可能需要此級或更高級別的電流;一個(gè)例子是引用作為系統(tǒng)引用;另一個(gè)是驅(qū)動高速閃速ADC的參考輸入，其具有非常低的阻抗。以100毫歐姆流動的10mA電流將經(jīng)歷1mV的電壓降，這可能是顯著的。最高性能的基準(zhǔn)電壓源，如AD588和AD688，具有開關(guān)（強(qiáng)制檢測）連接，用于輸出和輸出接地端子。通過關(guān)閉誤差源周圍的反饋回路，這些連接避免了電壓降的影響;當(dāng)電流緩沖放大器用于驅(qū)動大量負(fù)載或吸收沿錯(cuò)誤方向流動的電流時(shí)，它們還可以校正增益和失調(diào)誤差。感應(yīng)端子應(yīng)連接到緩沖放大器的輸出側(cè)，最好連接到負(fù)載。

Q. 你說錯(cuò)誤方向的流量是什么意思“？

A。考慮采用+ 10 V電源供電的+ 5V電源。如果其5伏輸出端子通過電阻器接地，則電流將流出端子。如果電阻器連接到+ 10-V電源，電流將流入端子。大多數(shù)參考將允許任一方向的凈電流;但是有些人會獲得電流但不會下沉 - 或者會下沉得多于可以獲得的電流。這些器件可通過數(shù)據(jù)手冊中指定的輸出電流的方式識別，但不能用于必須流入?yún)⒖级俗拥拇罅績綦娏鞯膽?yīng)用中。一個(gè)常見的例子是使用正參考作為否定參考。

Q. 為什么不直接購買否定參考？

A。因?yàn)榇蠖鄶?shù)單電壓輸出參考是正參考。當(dāng)然，雙引腳有源參考可用于任一極性;它們的使用方式與齊納二極管相同（它們通常是帶隙器件）。

要將三端正參考用作負(fù)參考，它必須能夠吸收電流。其輸出端子接地，其接地端子（成為負(fù)參考端子）通過電阻（或恒流源）連接到負(fù)電源。正電源引腳通常必須連接到地電壓至少幾伏的正電源。但是有些器件可以在雙端模式下提供負(fù)參考：正極和輸出端子連接在一起。

必須選擇R _S （或電流源）因此，對于負(fù)電源和參考負(fù)載電流的所有預(yù)期值，接地和輸出端電流都在額定值范圍內(nèi)。

Q. 容性負(fù)載怎么樣？

A。許多參考文獻(xiàn)都有輸出放大器變得不穩(wěn)定，并且在大容性負(fù)載下工作時(shí)可能會振蕩;所以不建議將高電容（幾μF或更高）連接到參考輸出以降低噪聲，但通常建議使用1-10 nF電容 - 而某些參考電壓（例如AD588）則具有降噪端子可以安全連接。如果力感測端子可用，則可以在容性負(fù)載下定制環(huán)路動態(tài)。請務(wù)必咨詢數(shù)據(jù)表和制造商的應(yīng)用工程師。即使電路穩(wěn)定，也可能不建議使用大容性負(fù)載，因?yàn)樗鼈儠黾訁⒖茧妷旱拈_啟時(shí)間。

Q. 請勿在接通電源后立即開啟參考？

一個(gè)。絕不是。在許多參考文獻(xiàn)中，驅(qū)動參考元件（齊納或帶隙）的電流源自穩(wěn)定輸出。這種正反饋會增加 dc 穩(wěn)定性，但會導(dǎo)致穩(wěn)定的“關(guān)閉”狀態(tài)，從而抵抗啟動。處理這種情況并促進(jìn)啟動的片上電路通常設(shè)計(jì)為吸收最小電流，因此許多參考電壓稍微緩慢出現(xiàn)（典型值為1-10 ms）。確實(shí)有一些設(shè)備用于更快的開啟;但有些甚至更慢。

如果設(shè)計(jì)人員在電路上電后很快需要參考電壓，則所選參考電壓必須具有足夠快的開啟規(guī)格;和降噪電容應(yīng)盡量減少。參考開啟延遲可能限制選通數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)供應(yīng)的機(jī)會，以節(jié)省系統(tǒng)功率。即使參考內(nèi)置在轉(zhuǎn)換器芯片中，仍必須考慮該問題;在這種類型的系統(tǒng)中考慮轉(zhuǎn)換器的上電特性也很重要[在“??詢問應(yīng)用工程師-1”中討論，模擬對話 22-2（1988），p 。 29]。

在芯片達(dá)到熱穩(wěn)定性并且熱感應(yīng)偏移達(dá)到其最終值之前，高精度參考可能需要額外的熱穩(wěn)定時(shí)間。這些影響將在數(shù)據(jù)表中提及，不太可能超過幾秒鐘。

問： 使用這些高精度參考而不是內(nèi)部參考會使轉(zhuǎn)換器更準(zhǔn)確嗎？

A。不必要。例如，AD674B是經(jīng)典AD574的高速后代，工廠調(diào)整校準(zhǔn)誤差最大為0.25％（±10 LSB），內(nèi)部基準(zhǔn)保證精確到+100 mV（1％）。由于10 V的0.25％= 25 mV，滿量程為10.000 V + 25 mV。假設(shè)具有1％高內(nèi)部基準(zhǔn)電壓（10.1 V）的AD674B已經(jīng)過工廠調(diào)整，滿量程為10.000 V，增益為1％。如果要將精確的10.00-V AD588系統(tǒng)參考連接到器件的參考輸入，則滿量程將變?yōu)?0.100 V，是指定最大誤差的4倍。

Q值。 請討論時(shí)鐘作為系統(tǒng)參考的作用。

A。哎呀，我們太空了！這個(gè)問題引入了一個(gè)值得深思熟慮的討論的話題。我們將在以后的問題中這樣做。

*來自Analog Dialogue 9-1（1975）也最佳模擬對話，1967年至1991年，p。 72。