單電壓基準與雙電壓基準的對決-II

　　在我上一個帖子中，我們討論了生成兩個高精度電壓基準輸出的三種拓撲結構。今天，我們將從三個方面，即他們輸出之間的總體誤差、漂移跟蹤和匹配，來比較這三種解決方案的性能。

　　總體誤差

　　方程式 (1) 將用百分比 (%) 給出的技術規(guī)格轉換為百萬分比 (ppm) 表示的技術規(guī)格。

　　(方程式1)

　　每個電壓輸出的總體誤差性能指標取決于他的初始精度和工作溫度范圍內的漂移，如方程式(2) 中所給出的那樣。

　　(方程式2)

　　在解決方案1中，由于在數(shù)據(jù)表中沒有指定LM4140B的漂移典型值，我們使用70ºC溫度范圍內的最大漂移技術規(guī)格來進行計算。在解決方案2中，偏移電壓 (VBIAS) 由REF5030A，電阻器網絡和一個緩沖器產生。因此，正如第一部分中方程式 (1) 所指定的那樣，初始精度和漂移可以表示為這三個誤差源的RSS值。由于REF2030和REF5030A使用打包方法來確定漂移，計算的溫度范圍為整個工作溫度范圍，或者說165ºC。

　　表1顯示VREF在解決方案1和解決方案2中具有相同的性能時，他的VBIAS輸出的誤差會大很多。需要注意的是，VBIAS在解決方案2中的誤差包括來自VREF的誤差。由于兩個輸出上的高初始精度和低溫度漂移，解決方案3在三個解決方案中具有最低誤差。

　　表1：每個輸出電壓誤差原因比較

　　漂移跟蹤和匹配

　　這個雙輸出系統(tǒng)的另外一個重要技術規(guī)格是漂移跟蹤，這個參數(shù)描述了特定溫度范圍內兩個電壓之間的匹配準確度，計算方法如方程式 (3) 所示。圖1顯示了REF2030的漂移跟蹤性能典型值。

　　(方程式3)

　　圖1：VREF和VBIAS跟蹤與溫度之間的關系圖

　　由于我們在解決方案1中采用了兩個獨立的電壓基準，理論上來講，這兩個基準也許不會直接相互跟蹤，所以跟蹤是他們最大溫度漂移 (11 ppm/ºC) 的RSS值。由于LM4140B的額定溫度范圍只在0°C至70ºC之間，這個漂移跟蹤只適用于這個溫度范圍。

　　在解決方案2中，由于VREF的誤差在兩個輸出上同時存在，VREF和VBIAS之間的漂移跟蹤 (δTracking) 只取決于電阻器網絡 (δRES) 和緩沖器 (δBUF) 的漂移，計算方法如方程式 (4) 所示。

　　(方程式4)

　　在確定初始精度誤差的情況下，我們也可以計算輸出在RSS方面的匹配程度(在溫度為25ºC時)，計算方法如方程式 (5) 所示。

　　表2顯示了比較匯總。請注意，解決方案中的漂移跟蹤和輸出匹配在很大程度上取決于電阻器的精度。雖然解決方案2中兩個輸出的跟蹤稍微好一些，但是輸出間的匹配要遠遠遜色于解決方案3。實際上，解決方案3要比解決方案好大約900ppm。這意味著，僅僅將漂移減少2 ppm/°C就需要解決方案2中的溫度變化達到450°C，這樣才能使其變?yōu)楦訙蚀_的解決方案。計算結果的更多細節(jié)請參考data.xlsx。

　　表2：輸出匹配和漂移跟蹤比較

　　從計算結果中我們了解到解決方案3在大多數(shù)情況下具有最佳總體性能。然而，在現(xiàn)實中，模擬工程師必須考慮除性能以外的更多因素。請密切關注下周的博文，到時我們將從PCB空間和成本方面比較三個解決方案。