XFET ™ atsauces

Lai analogs signāls attēlotu (vai to attēlotu) ciparu skaitli, skalas tulkošanai ir nepieciešama atsauce, parasti spriegums. Tādējādi A/D pārveidotājs rada ciparu skaitli, kas ir proporcionāls analogā signāla un atsauces sprieguma attiecībai; un D/A pārveidotājs rada izeju, kas ir daļa no pilna mēroga sprieguma vai strāvas, ko nosaka atsauce. Ja atskaites signālam rodas kļūda +1%, tas radīs proporcionālu sistēmas kļūdu: DAC analogā izeja palielināsies par 1%, bet ADC digitālā izeja samazināsies par 1%. Sistēmās, kurās nepieciešami absolūti mērījumi, sistēmas precizitāte lielā mērā ir atkarīga no atsauces precizitātes. Augstas izšķirtspējas datu ieguves sistēmās, jo īpaši tajās, kurām jādarbojas plašā temperatūras diapazonā, obligāti jābūt atsaucēm uz augstu stabilitāti. Jebkura pārveidotāja precizitāti ierobežo temperatūras jutība un tā sprieguma atskaites ilgtermiņa novirze. Ja sprieguma atsaucei ir atļauts radīt kļūdu, kas ir vienāda ar tikai 1/2 no vismazāk nozīmīgā bita (1 LSB = 2-n no pilnas skalas), var būt pārsteidzoši redzēt, cik labai jābūt atsaucei, pat nelielas temperatūras ekskursijas. Un, ja temperatūras izmaiņas ir lielas, atsauces dizains ir galvenā problēma. Piemēram, autokalibrēta patiesa 16 bitu A/D pārveidotāja LSB ir 15.2 daļas uz miljonu (ppm) pilnā mērogā. Lai ADC absolūtā precizitāte būtu 16 biti, sprieguma atsauces kļūdai visā darba temperatūras diapazonā jābūt mazākai vai vienādai ar 1/2 LSB vai 7.6 ppm. Ja atsauces novirze ir 1 ppm/° C, tad (neņemot vērā visus citus kļūdu avotus) kopējā temperatūras svārstība nedrīkst pārsniegt 7.6 ° C, lai saglabātu patiesu 16 bitu precizitāti. Vēl viens kļūdu avots, kas bieži tiek ignorēts, ir atsauces troksnis; Lai nodrošinātu augstu precizitāti, tas ir zems (parasti mazāks par 1/4 LSB). Atsauces temperatūras koeficienta nelinearitāte un liela termiskā histerēze ir citi kļūdu avoti, kas var būtiski ietekmēt kopējo sistēmas precizitāti. Atsauču veidi Zener* diodes: Daudzus gadus plaši tiek izmantota Zener diode, kas kompensēta ar temperatūru, ko rada apgrieztais sadalījums bāzes un izstarotāja savienojumā pie ierīces virsmas. Zeneriem ir pastāvīgs sprieguma kritums, it īpaši, ja tos izmanto ķēdē, kas var nodrošināt pastāvīgu strāvu, kas iegūta no augstāka barošanas sprieguma. Zeneri ir pieejami plašā sprieguma opciju klāstā: no aptuveni 6 V līdz 200 V, pielaides no 1.0% līdz 20%, un jaudas izkliede no vata daļas līdz 40 vai 50 W. Tomēr viņiem ir daudz trūkumu. Lai iegūtu zemu izejas pretestību, tiem bieži nepieciešama papildu shēma, zemo izmaksu ierīču sprieguma pielaide parasti ir slikta; tie ir trokšņaini un ļoti jutīgi pret strāvas un temperatūras izmaiņām, un tie ir pakļauti laika izmaiņām. Apglabāts vai pazemes Zener ir vēlamais atsauces avots precīzām IC ierīcēm. Zemūdens Zener atsaucē reversās sadalīšanās zonu sedz aizsargdifūzija, lai tā būtu krietni zem virsmas esošajiem piemaisījumiem, mehāniskiem spriegumiem un kristāla nepilnībām. Tā kā šie efekti veicina troksni un ilgstošu nestabilitāti, ieraktā sadalījuma diode ir mazāk trokšņaina un stabilāka nekā virsmas Zeners. Tomēr tam ir nepieciešams vismaz 6 V barošanas avots, un tam ir jāievada vairāki simti mikroampēru, lai troksnis būtu praktiskā līmenī. *Piezīme. Atsauces diodēs var izmantot divu veidu bojājumu parādības - Zener un lavīnu. Lielākajā daļā atsauces diodes tiek izmantots augstākā sprieguma lavīnas režīms, bet visas ir sauktas par "Zener" diodēm. Citas populāras sprieguma atsauču projektēšanas metodes izmanto joslas joslas principu: jebkura silīcija tranzistora Vbe negatīvais temps ir aptuveni 2 mV/° C, ko var ekstrapolēt līdz aptuveni 1.2 V pie absolūtās nulles (silīcija joslas spraugas spriegums) . Bāzes emitera sprieguma atšķirība starp saskaņotiem tranzistoriem, kas darbojas ar atšķirīgu strāvas blīvumu, būs proporcionāla absolūtajai temperatūrai (PTAT). Šis spriegums, pievienots Vbe ar tā negatīvo temperatūras koeficientu, sasniegs nemainīgu joslas spraugas spriegumu. Šo temperatūras nemainīgo spriegumu var izmantot kā "zemsprieguma Zenera diodi" šunta savienojumā (AD1580). Biežāk tas tiek pastiprināts un buferizēts, lai iegūtu standarta sprieguma vērtību, piemēram, 2.5 vai 5 V. Bandgap sprieguma atsauce kopš tās ieviešanas ir sasniegusi augstu precizitāti un tiek plaši izmantota; tomēr tai trūkst precizitātes, ko pieprasa daudzas mūsdienu elektroniskās sistēmas. Praktiskās atsauces uz diapazoniem nav atzīmētas ar labu trokšņa veiktspēju, tām ir ievērojama temperatūras histerēze, un tām ir ilgtermiņa stabilitāte, kas atkarīga no vismaz viena mikroshēmas rezistora absolūtās vērtības. Jauns princips-XFET ™: izplatoties sistēmām, kurās izmanto 5 V barošanas avotus, un pieaugot nepieciešamībai darboties pie un zem 3 voltiem, IC un sistēmu izstrādātājiem ir vajadzīgas augstas veiktspējas sprieguma atsauces, kas var darboties no barošanas sliedēm, kas ir krietni zemākas > 6 V, kas nepieciešams apraktām Zenera diodēm. Šādai ierīcei ir jāapvieno mazjaudas darbība ar zemu trokšņa līmeni un zemu novirzi. Vēlams arī lineārais temperatūras koeficients, laba ilgtermiņa stabilitāte un zema termiskā histerēze. Lai apmierinātu šīs vajadzības, ir izveidota jauna atsauces arhitektūra, lai nodrošinātu šo tik ļoti vēlamo sprieguma atskaiti. Tehnika, saukta par XFET ™ (eXtra implantēta FET), rada zema trokšņa līmeni, kas prasa zemu barošanas strāvu, un nodrošina uzlabotu temperatūras koeficienta linearitāti ar zemu termisko histerēzi. XFET atsauces kodols sastāv no diviem savienojuma lauka efekta tranzistoriem, no kuriem vienam ir papildu kanāla implants, lai paaugstinātu tā saspiešanas spriegumu. Kad abi JFET darbojas ar vienu un to pašu drenāžas strāvu, atdalīšanas sprieguma atšķirība tiek pastiprināta un tiek izmantota, lai izveidotu ļoti stabilu sprieguma atsauci. Iekšējais atsauces spriegums ir aptuveni 500 mV, un negatīvais temperatūras koeficients ir aptuveni 120 ppm/K. Šis slīpums būtībā ir piesaistīts silīcija dielektriskajai konstantei un ir cieši kompensēts, pievienojot korekcijas terminu, kas ģenerēts tādā pašā veidā kā proporcionālās absolūtās temperatūras (PTAT) termins, ko izmanto, lai kompensētu joslas spraugas atsauces. Tomēr XFET iekšējā temperatūras koeficients ir apmēram trīsdesmit reizes zemāks nekā joslas spraugas koeficients. Rezultātā korekcija ir nepieciešama daudz mazāk. Tas parasti rada daudz mazāku troksni, jo lielākā daļa joslas atskaites trokšņa nāk no temperatūras kompensācijas shēmas. Temperatūras korekcijas termiņu nodrošina strāva, IPTAT, kas ir pozitīva un proporcionāla absolūtajai temperatūrai (1. attēls). Skaitlis 1. ADR29x atsauces vienkāršota shematiska diagramma. ADR29x sērija ir pirmā no pieaugošās atsauču saimes, kuras pamatā ir XFET arhitektūra. Tie darbojas no barošanas sliedēm no 2.7 līdz 15 V un patērē tikai 12 µA. Izejas sprieguma iespējas ietver 2.048 V (ADR290), 2.5 V (ADR291), 4.096 V (ADR292) un 5 V (ADR293). Jaunās tehnoloģijas augļi: XFET ķēdes topoloģijai ir ievērojamas priekšrocības salīdzinājumā ar lielāko daļu joslu un Zener atsauču. Strādājot ar tādu pašu strāvu, no XFET atsauces frekvences no 0.1 līdz 10 Hz no maksimālās līdz maksimumam trokšņa spriegums parasti ir 3 reizes mazāks nekā joslas spraugā (skatiet salīdzinājumu starp REF192 un ADR291). Lai nodrošinātu līdzvērtīgu trokšņa līmeni no maksimuma līdz maksimumam (ADR20 vs. AD680). XFET atsaucei ir ļoti plakans vai lineārs temperatūras koeficients paplašinātā rūpnieciskās darba temperatūras diapazonā. Labākajām joslas spraugas un Zenera sprieguma atsaucēm parasti ir nelineāri temperatūras koeficienti galējās temperatūras robežās. Šīs nelinearitātes neatbilst dažādām daļām, tāpēc vienkāršu ROM/programmatūras uzmeklēšanas tabulu nevar izmantot temperatūras koeficienta korekcijai. Temperatūras koeficienta linearitāte ir ļoti svarīga specifikācija DVM lietojumiem. Vēl viena būtiska XFET priekšrocība ir tā lieliskā ilgtermiņa stabilitāte. Tā novirze ir mazāka par piekto daļu no joslas atskaites atsauces un salīdzināma ar Zener atsaucēm (sk. Tabulu). Tabula 1. Zener, Bandgap un XFET atsauču salīdzinājums Parametrs ADR291 AD586 AD680 REF192 Atsauces topoloģija XFET Buried Zener Bandgap Bandgap Barošanas spriegums (V) +3.0 +15.0 +5.0 +3.3 Sprieguma izeja (V) 2.5 5 2.5 2.5 Sākotnējā precizitāte (mV)*maks. ± 2 ± 2 ± 5 ± 2 Temperatūras koeficients (ppm/° C)* max 8 (-25 līdz +85) 2 (0 līdz +70) 20 (-40 līdz +85) 5 (-40 līdz +85) Troksnis Spriegums 0.1 līdz 10 Hz (µV pp) 8 4 10 25 Mierīgā strāva (µA) maks., 25 ° C 12 3000 250 45 Darba temperatūras diapazons (° C) -100 līdz +100 -40 līdz +4 -100 līdz +100 -100 līdz +10 *Augstākā pakāpe Neskatoties uz zemo klusuma strāvu, ADR40x saime spēj piegādāt 125 mA slodze no PNP izvades pakāpes ar zemu izkrišanu; un nav prasības par izejas atdalīšanas kondensatoru. Termiskā histerēze ar XFET dizainu ir daudz labāka nekā ar joslas spraugām. Ražošanas ierīcēm ir aptuveni 200 µV atgūstama un nekumulatīva nobīde, ja tiek pakļauts 100 kelvīnu termiskajam šokam. 500 līdz 1000 µV nobīde salīdzināmās joslas spraugās. Kopējā veiktspējas priekšrocība, ko piedāvā ADI patentētā XFET arhitektūra pārnēsājamās sistēmās, kurām nepieciešama precizitāte, stabilitāte un zema jauda, ​​ir nepārspējama ar esošajām bandgap vai Zener atsaucēm. Lietojumprogrammas strāvas avots: ADR29x sērija ir noderīga daudziem mazjaudas, zemsprieguma precizitātes atsauces lietojumiem, tostarp negatīvām atsaucēm un "pastiprinātajiem" precizitātes regulatoriem, izmantojot ārējos zema miera režīma sliedes-sliedes pastiprinātājus ar Kelvina atgriezeniskās saites savienojumiem. Zema un nejutīga mierīga strāva (aptuveni 12 ± 2 µA virs temperatūras) ļauj ADR29x ģimenes locekļiem kalpot par precīziem strāvas avotiem, kas darbojas no zema barošanas sprieguma. 2. attēlā parādīts pamata savienojums peldošam strāvas avotam ar iezemētu slodzi. Precīzi regulēts izejas spriegums izraisa (VOUT/RSET) strāvu, kas plūst caur RSET, kas ir fiksētas un regulējamas ārējās pretestības summa. Šī strāva, <5 mA, papildina mierīgo strāvu, veidojot slodzes strāvu caur RL. Tādējādi caur slodzi var ieprogrammēt paredzamas strāvas no 12 µA līdz 5 mA. Skaitlis 2.

Atstāj ziņu 

Message saraksts