一、基準電壓源定義、規格：

基準電壓源只是一個電路或電路元件，只要電路需要，它就能提供已知電位。這可能是幾分鐘、幾小時或幾年。如果產品需要采集真實世界的相關信息，例如電池電壓或電流、功耗、信號大小或特性、故障識別等，那么必須將相關信號與一個標準進行比較。每個比較器、ADC、DAC或檢測電路必須有一個基準電壓源才能完成上述工作 。將目標信號與已知值進行比較，可以準確量化任何信號。

基準電壓源有很多形式并提供不同的特性，但歸根結底，精度和穩定性是基準電壓源最重要的特性，因為其主要作用是提供一個已知輸出電壓。相對于該已知值的變化是誤差。

基準電壓源規格通常使用下述定義來預測其在某些條件下的不確定性：

初始精度

在給定溫度 (通常為25°C)下測得的輸出電壓的變化。雖然不同器件的初始輸出電壓可能不同，但如果對于給定器件是恒定的，那么很容易將其校準。

溫度漂移

該規格是基準電壓源性能評估使用最廣泛的規格，因為它表明輸出電壓隨溫度的變化。溫度漂移是由電路元件的缺陷和非線性引起的，因此常常是非線性的。

對于許多器件，溫度漂移 TC (以 ppm/°C 為單位) 是主要誤差源。對于具有一致漂移的器件，校準是可行的。關于溫度漂移的一個常見誤解是認為它是線性的。這導致了諸如“器件在較小溫度范圍內的漂移量會較少”之類的觀點，然而事實常常相反。TC一般用“黑盒法”指定，以便讓人了解整個工作溫度范圍內的可能誤差。它是一個計算值，僅基于電壓的最小值和最大值，并不考慮這些極值發生的溫度。

對于在指定溫度范圍內具有非常好線性度的基準電壓源，或者對于那些未經仔細調整的基準電壓源，可以認為最差情況誤差與溫度范圍成比例。這是因為最大和最小輸出電壓極有可能是在最大和最小工作溫度下得到的。然而，對于經過仔細調整的基準電壓源(通常通過其非常低的溫度漂移來判定)，其非線性特性可能占主導地位。

長期穩定性

該規格衡量基準電壓隨時間變化的趨勢，與其他變量無關。初始偏移主要由機械應力的變化引起，后者通常來源于引線框架、裸片和模塑化合物的膨脹率的差異。這種應力效應往往具有很大的初始偏移，爾后隨著時間推移，偏移會迅速減少。初始漂移還包含電路元件電氣特性的變化，其中包括器件特性在原子水平上的建立。更長期的偏移是由電路元件的電氣變化引起的，常常稱之為“老化”。與初始漂移相比，這種漂移傾向于以較低速率發生，并且會隨著時間推移變化速率會進一步降低。因此，它常常用“漂移/√khr”來表示。在較高溫度下，基準電壓源的老化速度往往也更快。

這一規格常常被忽視，但它也可能成為主要誤差源。它本質上是機械性的，是熱循環導致芯片應力改變的結果。經過很大的溫度循環之后，在給定溫度下可以觀察到遲滯，其表現為輸出電壓的變化。它與溫度系數和時間漂移無關，會降低初始電壓校準的有效性。

其他規格

根據應用要求，其他可能重要的規格包括：

電壓噪聲

線性調整率/PSRR

負載調整率

壓差

電源電壓范圍

電源電流

二、基準電壓源類型：

基準電壓源主要有兩類：分流/并聯和串聯基準二種類型。它們都有自己的優缺點和應用場合，這些匯總在下圖中：

分流/并聯型基準源 ：

分流基準電壓源是2端器件，通常設計為在指定電流范圍內工作。雖然大多數分流基準電壓源是帶隙類型并提供多種電壓，但可以認為它們與齊納二極管型一樣易用，分流/并聯基準電壓源在功能上類似于穩壓二極管，當此器件流過最小工作電流后，其器件上的壓降保持恒定。并聯基準作為一個固定壓降來調節負載， 并且將負載不需要的電流分流到地。

最常見的電路是將基準電壓源的一個引腳連接到地，另一個引腳連接到電阻。電阻的另一個引腳連接到電阻。電阻的另一個引腳連接到電源。這樣，它實質上變成一個三端電路。基準電壓源和電阻的公共端是輸出。電阻電壓源和電阻的公共端是輸出。電阻的選擇必須適當，使得在整個電源范圍和負載電流范圍內，通過基準電壓源的最小和最大電流都在額定范圍內。

外部電阻用來設定總的電源電流，其壓降為輸入電源與基準電壓二者的壓差，如圖 下圖所示。

最大負載電流是由輸入電壓和外部電阻大小決定。隨著負載的變化，并聯基準將吸收掉多余的電流。外部電阻大小，可以由方程 1 和 2 計算得到最小值(RS_MIN)和最大值(RS_MAX)。

串聯型基準源：

串聯基準電壓源是三(或更多)端器件。它更像低壓差(LDO)穩壓器，因此其許多優點是相同的。最值得注意的是，其在很寬的電源電壓范圍內消耗相對固定的電源電流，并且只在負載需要時才傳導負載電流。這使其成為電源電壓或負載電流有較大變化的電路的理想選擇。它在負載電流非常大的電路中特別有用，因為基準電壓源和電源之間沒有串聯電阻。下圖即為一個典型的串聯基準電路。

對于串聯基準而言，要求輸入電壓大小至少等于輸出電壓并加上一定的裕量，輸入與輸出之間額外的電壓稱之為壓差，它一般隨著負載電流增加而增加。串聯基準有可能包含一個使能功能，當不需要輸出電壓時，可以通過外部信號使能或禁用器件，這樣可以節省功耗。

三、如何選擇基準電壓源：

電源電壓是否非常高?選擇分流基準電壓源。

電源電壓或負載電流的變化范圍是否很大?選擇串聯基準電壓源。

是否需要高功效比?選擇串聯基準電壓源。.

確定實際溫度范圍。

精度要求應切合實際。了解應用所需的精度非常重要。這有助于確定關鍵規格。考慮到這一要求，將溫度漂移乘以指定溫度范圍，加上初始精度誤差、熱遲滯和預期產品壽命期間的長期漂移，減去任何將在出廠時校準或定期重新校準的項，便得到總體精度。對于要求最苛刻的應用，還可以增加噪聲、電壓調整率和負載調整率誤差。

實際電源范圍是什么?最大預期電源電壓是多少?是否存在基準電壓源IC必須承受的故障情況，例如電池電源切斷或熱插拔感應電源尖峰等?這可能會顯著減少可選擇的基準電壓源數量。

基準電壓源的功耗可能是多少?基準電壓源往往分為幾類：大于 1mA，~500μA，<300μA，<50μA，<10μA，<1μA。

負載電流有多大?負載是否會消耗大量電流或產生基準電壓源必須吸收的電流?很多基準電壓源只能為負載提供很小電流， 很少基準電壓源能夠吸收大量電流。負載調整率規格可以有效說明這個問題。

安裝空間有多少?基準電壓源 的 封 裝 多 種 多 樣，包 括 金屬帽殼、塑料封裝 (DIP、SOIC、SOT)和非常小的封裝。人們普遍認為，較大封裝的基準電壓源因機械應力引起的誤差要小于較小封裝的基準電壓源。雖然確有某些基準電壓源在使用較大封裝時性能更好，但有證據表明，性能差異與封裝大小沒有直接關系。更有可能的是，由于采用較小封裝的產品使用的芯片較小，所以必須對性能進行某種取舍以適應芯片上的電路。通常，封裝的安裝方法對性能的影響比實際封裝還要大，密切注意安裝方法和位置可以最大限度地提高性能。此外，當 PCB 彎曲時，占位面積較小的器件相比占位面積較大的器件，應力可能更小。

審核編輯：湯梓紅