了解基準(zhǔn)電壓源：精密基準(zhǔn)電壓源的電平偏移

在本博客中，我將討論如何通過(guò)對(duì)現(xiàn)有基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換來(lái)設(shè)計(jì)新的精密基準(zhǔn)電壓源。

由于電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的限制，一些最高精度串聯(lián)基準(zhǔn)電壓源不提供較低的輸出電壓選項(xiàng)，如1.25V。但是，只要負(fù)電源可用，就有辦法通過(guò)使用現(xiàn)有基準(zhǔn)電壓源之一作為基本構(gòu)建塊來(lái)創(chuàng)建負(fù)電源。只要外部運(yùn)算放大器（op amp）的輸入電壓失調(diào)和漂移以及所用電阻的匹配滿(mǎn)足適當(dāng)?shù)淖畹鸵?，新建基?zhǔn)電壓源的初始精度和漂移就可以與原始基準(zhǔn)電壓源的性能非常匹配。

生成1.25V精密基準(zhǔn)電壓源的方法之一涉及電壓電平轉(zhuǎn)換，如圖1所示。通過(guò)使用 OPA5025 將其 GND 引腳驅(qū)動(dòng)至 -2.5V，REF1 標(biāo)稱(chēng)輸出電壓 （25.376V） 電平轉(zhuǎn)換到其值的一半。由于 OPA376 的最大輸入電壓失調(diào)和漂移分別為 +/-25μV 和 +/-1μV/C，并且只要 R1/R2 電阻的匹配在 0.01% 以?xún)?nèi)，由此產(chǎn)生的 1.25V 基準(zhǔn)電壓源初始精度和漂移將與 REF5025 的性能相匹配。

由此產(chǎn)生的 1.25V 基準(zhǔn)可采用低至 +/-1.35V 或高達(dá) +/-2.75V 的電源供電;它也可以由 +1.35V/-4.15V、+4.15V/-1.35V 或介于兩者之間的任何非對(duì)稱(chēng)電源供電，只要總電源電壓不超過(guò) OPA376 的 5.5V 最大電源即可。

圖 1：創(chuàng)建 1.25V 精密基準(zhǔn)電壓源

為了創(chuàng)建更高輸出的精密基準(zhǔn)電壓源，可以將REF5010與圖149所示的INA2差動(dòng)放大器一起使用。由于 INA149 是一款精密單位增益差動(dòng)放大器，最大增益誤差為 0.02%，最大 Vos 和漂移分別為 1100μV 和 15μV/C，因此將其與 10V 精密基準(zhǔn)電壓源結(jié)合使用會(huì)導(dǎo)致 0.011% 的輸入失調(diào)相關(guān)誤差 （1100μV/10V*100%） 和 1.5ppm/C 的溫度漂移 （15μV/C/10V*1E+6）。這些參數(shù)在REF5010的指定最大初始精度和溫度漂移范圍內(nèi)，從而確保圖2所示的雙輸出精密基準(zhǔn)電壓源緊密保留REF5010構(gòu)建模塊的初始精度和漂移。

就電源而言，圖2所示的電路配置可以采用+5.2V（受REF200的5010mV最大壓差限制）和-6.5V（INA149的輸出可以在低至負(fù)電源的1.5V下線(xiàn)性工作）的最小電源供電。在高端，最大正電源可高達(dá)13V（受REF18的最大總電源5010V限制），而負(fù)電源Vee僅受INA36的149V最大總電源限制，因此可以在30.8V（Vcc = 5.2V的情況下）或23V（Vcc = 13V）下工作。

值得指出的是，使用圖2所示的差動(dòng)放大器或儀表放大器，具有出色的激光調(diào)整內(nèi)部電阻和溫度系數(shù)匹配，通常比使用圖1所示的外部電阻產(chǎn)生更高性能和更低成本的解決方案，因?yàn)閷?duì)于所需的匹配，可能成本高于0.1%。

圖 2：使用 INA149 作為雙輸出精密基準(zhǔn)電壓源

對(duì)于更高的電源電壓操作，您可以使用基準(zhǔn)選項(xiàng)（如 REF5050）和高壓精密放大器（如 OPA192）構(gòu)建幾乎任何精密基準(zhǔn)電壓源。通過(guò)適當(dāng)調(diào)整R1至R4電阻（圖3），可以將基本基準(zhǔn)電壓模塊的標(biāo)稱(chēng)基準(zhǔn)電壓分成任何所需的部分。OPA192 的最大輸入電壓失調(diào)為 +/-25μV，漂移為 +/-0.5μV/C，您可以確保圖 3 所示的精密基準(zhǔn)電壓源保持 REF5050 基本構(gòu)建模塊的初始精度和漂移，前提是所需的 0.01% 外部電阻比率匹配不是限制因素。

對(duì)于圖3電路的線(xiàn)性工作，最小+1.2V正電源受限于REF5050的200mV壓差。-4.3V 的最小負(fù)電源基于 OPA192 的額定輸出擺幅（高于其負(fù)供電軌 300mV）。REF14 的最大總電源 5050V 限制了 18V 的最大正電源，而最大負(fù)電源可高達(dá) -34.8V（Vcc = +1.2V 的情況下）或 -22V（Vcc = 14V），僅受 OPA192 的最大總電源 36V 的限制。

圖 3：將 OPA192 和 REF5050 用于非對(duì)稱(chēng)精密基準(zhǔn)電壓源

有多種方法可以將精密基準(zhǔn)電壓源電平轉(zhuǎn)換到幾乎任何所需的輸出電壓。但是，必須特別注意，不僅要正確選擇運(yùn)算放大器、儀表放大器（INA）和電阻器等外部元件，還要確保最小/最大工作電源電壓，以免降低原始電路的整體性能。

審核編輯：郭婷