所有模數轉換器（ADC）和數模轉換器（DAC）都需要參考信號，通常是電壓。 ADC的數字輸出表示輸入與參考的比率，DAC的數字輸入定義了模擬輸出與參考的比率。有些轉換器內置了參考，有些轉換器需要外部參考，但所有轉換器都必須具有某種電壓（或電流）參考值。

數據轉換器的大多數早期應用都采用“直流”測量。緩慢變化的信號，其中測量的確切時間并不重要。今天，大多數數據轉換器應用都在采樣數據系統中，其中必須處理大量等間隔的模擬采樣，并且頻譜信息與幅度信息一樣重要。這里頻率或時間參考的質量（“采樣時鐘”或“重建時鐘”）與電壓參考的質量相當。

電壓參考

Q. 電壓參考必須有多好？

A。這取決于系統。在需要絕對測量的情況下，精度受參考值已知的精度限制。然而，在許多系統中，穩定性或可重復性比絕對精度更重要;在一些采樣數據系統中，電壓基準的長期精度幾乎不重要 - 但可以通過從噪聲系統電源獲得參考來引入誤差。

單片埋入式齊納基準（用于例如，AD588和AD688）在10 V（0.01％或100 ppm）的初始精度為1 mV，溫度系數為1.5 ppm /°C。它們足夠精確，可以在12位系統（1 LSB = 244 ppm）中使用未修整，但不能在14位或16位系統中使用。將初始誤差調整為零，可在限定溫度范圍內將其用于14位和16位系統。 （1 LSB = 61 ppm，AD588或AD688的溫度變化為40°C。）

為獲得更高的絕對精度，參考溫度可能需要在恒溫控制的烤箱中穩定，并根據標準進行校準。在許多系統中，雖然不需要12位絕對精度，但可能需要12位或更高的分辨率;在這里，可以使用不太準確（且成本較低）的帶隙參考。

問： “埋藏的齊納”和“帶隙”是什么意思？

A。這些是集成電路中最常用的兩種精密基準電壓源。

“埋入式”或次表面齊納二極管更穩定，更準確。它由一個具有正確反向擊穿電壓值的二極管組成，形成在集成電路芯片的表面水平之下，然后由保護性擴散覆蓋，以保持擊穿低于表面。

然而，其擊穿電壓通常約為5 V或更高，并且必須汲取幾百微安才能實現最佳操作，因此該技術不適用于必須從低電壓運行且功耗低的參考電壓。對于此類應用，“帶隙”參考是優選的。它產生具有正溫度系數的電壓，以補償晶體管的V _be 的負溫度系數，保持恒定的“帶隙”電壓。在所示的電路中，* Q2具有Q1的發射極面積的8倍;該對產生與R1中的絕對溫度（PTAT）成比例的電流，產生與Q1的V _為串聯的PTAT電壓，產生電壓，V _z 如圖所示，它不隨溫度變化而可以放大。它等于硅帶隙電壓（外推至絕對零度）。

帶隙基準電壓比最佳埋入式齊納基準電壓源的精度和穩定性稍差，但溫度變化優于3 ppm /°C

問：使用電壓參考時應采取哪些預防措施？

A。記住良好的模擬電路設計的基礎知識：注意高阻抗導體中的電壓降，來自公共接地阻抗的噪聲以及來自不充分去耦的電源軌的噪聲。考慮參考電流在哪個方向流動，并注意容性負載。

Q. 我知道電壓降和噪聲的影響，但參考必須為導體中的電壓降提供足夠大的電流嗎？

一個。通常，引用是內部緩沖的;大多數將采集和下沉5-10毫安。某些應用可能需要此級或更高級別的電流;一個例子是引用作為系統引用;另一個是驅動高速閃速ADC的參考輸入，其具有非常低的阻抗。以100毫歐姆流動的10mA電流將經歷1mV的電壓降，這可能是顯著的。最高性能的基準電壓源，如AD588和AD688，具有開關（強制檢測）連接，用于輸出和輸出接地端子。通過關閉誤差源周圍的反饋回路，這些連接避免了電壓降的影響;當電流緩沖放大器用于驅動大量負載或吸收沿錯誤方向流動的電流時，它們還可以校正增益和失調誤差。感應端子應連接到緩沖放大器的輸出側，最好連接到負載。

Q. 你說錯誤方向的流量是什么意思“？

A。考慮采用+ 10 V電源供電的+ 5V電源。如果其5伏輸出端子通過電阻器接地，則電流將流出端子。如果電阻器連接到+ 10-V電源，電流將流入端子。大多數參考將允許任一方向的凈電流;但是有些人會獲得電流但不會下沉 - 或者會下沉得多于可以獲得的電流。這些器件可通過數據手冊中指定的輸出電流的方式識別，但不能用于必須流入參考端子的大量凈電流的應用中。一個常見的例子是使用正參考作為否定參考。

Q. 為什么不直接購買否定參考？

A。因為大多數單電壓輸出參考是正參考。當然，雙引腳有源參考可用于任一極性;它們的使用方式與齊納二極管相同（它們通常是帶隙器件）。

要將三端正參考用作負參考，它必須能夠吸收電流。其輸出端子接地，其接地端子（成為負參考端子）通過電阻（或恒流源）連接到負電源。正電源引腳通常必須連接到地電壓至少幾伏的正電源。但是有些器件可以在雙端模式下提供負參考：正極和輸出端子連接在一起。

必須選擇R _S （或電流源）因此，對于負電源和參考負載電流的所有預期值，接地和輸出端電流都在額定值范圍內。

Q. 容性負載怎么樣？

A。許多參考文獻都有輸出放大器變得不穩定，并且在大容性負載下工作時可能會振蕩;所以不建議將高電容（幾μF或更高）連接到參考輸出以降低噪聲，但通常建議使用1-10 nF電容 - 而某些參考電壓（例如AD588）則具有降噪端子可以安全連接。如果力感測端子可用，則可以在容性負載下定制環路動態。請務必咨詢數據表和制造商的應用工程師。即使電路穩定，也可能不建議使用大容性負載，因為它們會增加參考電壓的開啟時間。

Q. 請勿在接通電源后立即開啟參考？

一個。絕不是。在許多參考文獻中，驅動參考元件（齊納或帶隙）的電流源自穩定輸出。這種正反饋會增加 dc 穩定性，但會導致穩定的“關閉”狀態，從而抵抗啟動。處理這種情況并促進啟動的片上電路通常設計為吸收最小電流，因此許多參考電壓稍微緩慢出現（典型值為1-10 ms）。確實有一些設備用于更快的開啟;但有些甚至更慢。

如果設計人員在電路上電后很快需要參考電壓，則所選參考電壓必須具有足夠快的開啟規格;和降噪電容應盡量減少。參考開啟延遲可能限制選通數據轉換系統供應的機會，以節省系統功率。即使參考內置在轉換器芯片中，仍必須考慮該問題;在這種類型的系統中考慮轉換器的上電特性也很重要[在“??詢問應用工程師-1”中討論，模擬對話 22-2（1988），p 。 29]。

在芯片達到熱穩定性并且熱感應偏移達到其最終值之前，高精度參考可能需要額外的熱穩定時間。這些影響將在數據表中提及，不太可能超過幾秒鐘。

問： 使用這些高精度參考而不是內部參考會使轉換器更準確嗎？

A。不必要。例如，AD674B是經典AD574的高速后代，工廠調整校準誤差最大為0.25％（±10 LSB），內部基準保證精確到+100 mV（1％）。由于10 V的0.25％= 25 mV，滿量程為10.000 V + 25 mV。假設具有1％高內部基準電壓（10.1 V）的AD674B已經過工廠調整，滿量程為10.000 V，增益為1％。如果要將精確的10.00-V AD588系統參考連接到器件的參考輸入，則滿量程將變為10.100 V，是指定最大誤差的4倍。

Q值。 請討論時鐘作為系統參考的作用。

A。哎呀，我們太空了！這個問題引入了一個值得深思熟慮的討論的話題。我們將在以后的問題中這樣做。

*來自Analog Dialogue 9-1（1975）也最佳模擬對話，1967年至1991年，p。 72。