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          對電壓參考進行濾波以獲得低噪聲性能

          作者: 時間:2006-01-05 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
            輸出相對于的短期變化即為一般發(fā)生在以下兩個頻段:短期在0.1Hz~10Hz,寬帶噪聲在10Hz~1kHz。由于噪聲電壓一般與電壓成正比,故常用每百萬分之一 (ppm) 來表示噪聲,并借此使每百萬分之一值恒定。能隙(或帶隙)電壓參考具有介于3ppm~16ppm之間的噪聲電壓,但埋入式齊納電壓參考的噪聲更低,介于0.1ppm~0.5ppm之間。噪聲隨參考電流的增加而減小,但增加參考電流并不是大多數(shù)電壓參考的選項。因此,改進噪聲的有效途徑是采用外部噪聲器。器可有效地減少噪聲:噪聲帶寬減少100倍可使噪聲減少10倍。

            圖1a所示電路給出了一種典型的電壓參考器,其中負載電流流過R1,在R1上產(chǎn)生壓降。R1C1提供濾波功能,但R1上壓降所導致的調(diào)整損失要求使用一個額外的緩沖器(圖1b)。緩沖器最多可將流過R1的電流減小至1 nA。當用戶能用50Ω的R1及一個陶瓷電容來噪聲濾波時,R1上的壓降為0.05mV,可忽略不計。當C1為陶瓷電容且假設(shè)低頻截斷點足以所需時,則采用圖1所示的電路。由于緩沖器也會給參考電壓帶來噪聲,故將其配置成帶有可消除其內(nèi)部噪聲截斷點的低通濾波器。


            當濾波器的-3dB截斷點較低時,此電路配置會有一些問題。由于其壓降限制了參考電壓的精度,因此不能無限制地增加R1。您不能使用陶瓷電容,因為其容積效率有限,故應(yīng)選擇一個鉭或鋁電解電容。但此類電容又具有明顯的泄漏電流(為其工作電壓與溫度的函數(shù)),因此電容泄漏電流ICL會流過R1而造成可破壞調(diào)整效果的壓降。

            圖2 所示電路可解決此電阻問題。將R1包括進反饋回路中,可通過除以大約134 dB的運放增益而減小R1上壓降所產(chǎn)生的影響。這樣,電容泄漏電流的作用即可忽略不計。R1上壓降從輸出電壓擺幅中扣除,但如果負載電流小于10 mA的運放輸出電流能力,則壓降小于0.5V。由運放偏置電流所造成的R2兩端的壓降非常關(guān)鍵,因為它會增加參考電壓的誤差。當R2為2 kΩ時,其壓降為2mV(1nA輸入偏置電流);如果此壓降太大,則減小R2值。


            濾波器位于運放輸出端,因此-3dB截斷點為1/2pR1C1的低通濾波器可減小電壓參考及運放的噪聲。R2C2網(wǎng)絡(luò)通過在波特圖上增加一個零點來確保穩(wěn)定性。R2C2網(wǎng)絡(luò)可引起噪聲增益尖峰,因此用戶應(yīng)通過保持R2C2=2R1C1關(guān)系來減小放大器噪聲增益尖峰。C1A可以是一個自諧振頻率較低的鋁電解電容;因此,可將陶瓷電介質(zhì)電容C1B與C1A并聯(lián)以保持較低的總電抗。只要保持峰值關(guān)系,此濾波器即可驅(qū)動高電容值負載(將負載認為是C1的一部分)。


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