基準電壓和參考電壓的基本原理及特性分析

隨著科技的進步，設(shè)備的設(shè)計要求不單單是能夠?qū)崿F(xiàn)功能就可以了，而是從精度上和速度上提出了更高的要求，因此在做AD/DA轉(zhuǎn)換時，就必須提高精度。提高AD/DA的精度主要從幾個方面著手：

（1）AD/DA的位數(shù)要求，要達到足夠的位數(shù)，才能為進一步提高精度創(chuàng)造良好的條件。

（2）在位數(shù)要求達到的前提下，使用基準電源作為參考電壓，提高參考電壓的穩(wěn)定性和降低溫度系數(shù)。

下面對基準電壓和參考電壓做一點介紹：

基本原理：

理想的基準電壓源應(yīng)不受電源和溫度的影響，在電路中能提供穩(wěn)定的電壓，“基準”這一術(shù)語正說明基準電壓源的數(shù)值應(yīng)比一般電源具有更高的精度和穩(wěn)定性。

常用的基準電源從工作原理上分，主要分為三類：標準電池、溫度補償基準穩(wěn)壓管和集成電路固體基準電壓源（簡稱集成基準電壓源）。

下面對這三種的性能介紹如下：

一、標準電池

標準電池可分為飽和型和非飽和型兩種。

飽和型標準電池輸出電壓為1.018V，長期穩(wěn)定性能達到1μV/年（即1ppm/年）;但溫度系數(shù)較大，在接近200℃時，總溫度系數(shù)約-40μV/℃ 。由于飽和型標準電池正負級的溫度系數(shù)不同，在電極間溫差僅0.0010℃時，就能引起0.3pV左右的電動勢變化，因此要求使用中保持正負級的溫度均衡。

非飽和型標準電池的溫度系數(shù)較小，在接近20‘C時約為-5μV/℃左右;但長期穩(wěn)定性較差，年變化大于20-40μV/年。以上兩種電池都有溫度特性的滯后效應(yīng)，且不能滿載使用，但因其噪聲低、電動勢穩(wěn)定、制造方便、造價便宜，因此在大多數(shù)只要求短期穩(wěn)定性的精密電源中有廣泛的應(yīng)用。

二、溫度補償基準穩(wěn)壓管

溫度補償基準穩(wěn)壓管的溫度系數(shù)可低達5μV/℃，且體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單便于集成;但存在噪聲大、負荷能力弱、穩(wěn)定性差以及基準電壓較高、可調(diào)性較差等缺點。這種基準電壓源不適用于便攜式和電池供電的場合。

三、集成基準電壓源

運用半導(dǎo)體集成電路技術(shù)制成的基準電壓源種類較多，如深埋層穩(wěn)壓管集成基準源、雙極型晶體管集成帶隙基準源、CMOS集成帶隙基準源等?！皫痘鶞试础笔瞧呤甏醭霈F(xiàn)的一種新型器件，它的問世使基準器件的指標得到了新的飛躍。從這些基準源中可獲得1.22V至l0V中的各檔基準電壓。由于建立在非表面的帶隙機理上，因此比基于表面擊穿的穩(wěn)壓管器件更加穩(wěn)定，選就能實現(xiàn)優(yōu)于溫度系數(shù)可達μV/℃（即2ppm/℃） ，輸出電阻極低，更重要的是它無需挑60ppm的長期穩(wěn)定性。由于帶隙基準源具有高精度、低噪聲、優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于電壓調(diào)整器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（A/D， D/A）、集成傳感器、大器等，以及單獨作為精密的電壓基準件，低溫漂等許多微功耗運算放。

從電路的連接方式角度來看，基準電壓源主要分為兩類。一類是三端式（輸入、輸出和公共引出端），又稱串聯(lián)式基準源。這種基準源的主要優(yōu)點是靜態(tài)電流比較低，可預(yù)先調(diào)整好標準輸出電壓，輸出電流可以很大，而又不損失精度。另一類是二端式，又稱并聯(lián)式基準源。這種基準源的主要優(yōu)點是工作極性比較靈活，但對負載要求比較嚴格，有時只能提供非標準電壓。

從這幾方面做出對比，選擇適合的基準電源非常重要，如果做出便攜式的設(shè)備，使用溫度補償穩(wěn)壓管基準電源就不合適了，其噪聲比較大，且穩(wěn)定性不高。；因此在設(shè)計過程中，應(yīng)多方面的考慮選擇的基準電源。