Ссылки на XFET ™

Для того, чтобы аналоговый сигнал представлял (или был представлен) цифровым числом, для перевода шкалы необходим эталон, обычно напряжение. Таким образом, аналого-цифровой преобразователь выдает цифровое число, пропорциональное отношению аналогового сигнала к опорному напряжению; а цифро-аналоговый преобразователь выдает выходной сигнал, который является долей полномасштабного напряжения или тока, установленного эталоном. Если опорный сигнал имеет ошибку + 1%, это вызовет пропорциональную системную ошибку: аналоговый выход ЦАП увеличится на 1%, а цифровой выход АЦП уменьшится на 1%. В системах, где требуются абсолютные измерения, точность системы сильно зависит от точности эталона. В системах сбора данных с высоким разрешением, особенно тех, которые должны работать в широком диапазоне температур, необходимы эталоны с высокой стабильностью. Точность любого преобразователя ограничена температурной чувствительностью и долгосрочным дрейфом его опорного напряжения. Если опорное напряжение может вносить ошибку, эквивалентную только 1/2 наименее значимого бита (1 LSB = 2-n полной шкалы), может быть удивительно увидеть, насколько хорошим должно быть опорное значение, даже для небольшие температурные экскурсии. А при значительных перепадах температуры основной проблемой становится эталонный дизайн. Например, автокалиброванный 16-битный аналого-цифровой преобразователь имеет младший бит 15.2 частей на миллион (ppm) полной шкалы. Для того чтобы АЦП имел абсолютную точность в 16 разрядов, ошибка опорного напряжения во всем диапазоне рабочих температур должна быть меньше или равна 1/2 младшего разряда, или 7.6 ppm. Если эталонный дрейф составляет 1 ppm / ° C, то (без учета всех других источников ошибок) общий температурный перепад не должен превышать 7.6 ° C, чтобы обеспечить истинную 16-битную точность. Другой источник ошибок, о котором часто забывают, - это эталонный шум; поддержание его на низком уровне (обычно менее 1/4 LSB) имеет решающее значение для высокой точности. Нелинейность температурного коэффициента эталона и большой тепловой гистерезис - другие источники ошибок, которые могут существенно повлиять на общую точность системы. Типы справочных материалов Стабилитроны *. В течение многих лет широко используются стабилитроны с температурной компенсацией, возникающие в результате обратного пробоя перехода база-эмиттер на поверхности устройства. Стабилитроны имеют постоянное падение напряжения, особенно при использовании в цепи, которая может обеспечивать постоянный ток, получаемый от более высокого напряжения питания. Стабилитроны доступны с широким диапазоном вариантов напряжения: от примерно 6 В до 200 В, допуски от 1.0% до 20% и рассеиваемая мощность от долей ватта до 40 или 50 Вт. Однако у них много недостатков. Они часто требуют дополнительных схем для получения низкого выходного сопротивления, допуск по напряжению у недорогих устройств, как правило, плохой; они шумные и очень чувствительны к изменениям силы тока и температуры, и они подвержены изменениям со временем. Скрытый или подземный стабилитрон является предпочтительным эталонным источником для точных ИС-устройств. В подповерхностном эталоне стабилитрона область обратного пробоя покрыта защитной диффузией, чтобы удерживать ее значительно ниже примесей, механических напряжений и дефектов кристаллов, обнаруживаемых на поверхности. Поскольку эти эффекты способствуют возникновению шума и долговременной нестабильности, диод со скрытым пробоем менее шумный и более стабильный, чем поверхностный стабилитрон. Тем не менее, он требует источника питания не менее 6 В и должен потреблять несколько сотен микроампер, чтобы шум оставался на практическом уровне. * Примечание: эталонные диоды могут использовать два типа явлений пробоя: стабилитрон и лавинный. В большинстве эталонных диодов используется лавинный режим высокого напряжения, но все они стали называться «стабилитроны». Запрещенная зона: Другой популярный метод проектирования источников опорного напряжения использует принцип запрещенной зоны: Vbe любого кремниевого транзистора имеет отрицательную температуру около 2 мВ / ° C, которую можно экстраполировать примерно до 1.2 В при абсолютном нуле (напряжение запрещенной зоны кремния). . Разница в напряжении база-эмиттер между согласованными транзисторами, работающими при разной плотности тока, будет пропорциональна абсолютной температуре (PTAT). Это напряжение, добавленное к Vbe с его отрицательным температурным коэффициентом, позволит достичь постоянного напряжения запрещенной зоны. Это инвариантное к температуре напряжение можно использовать в качестве «низковольтного стабилитрона» в шунтирующем соединении (AD1580). Чаще он усиливается и буферизуется для получения стандартного значения напряжения, например 2.5 или 5 В. Опорное напряжение запрещенной зоны с момента своего появления претерпело значительные усовершенствования и широко используется; тем не менее, ему не хватает точности, которой требуют многие современные электронные системы. Практические эталоны запрещенной зоны не отличаются хорошими шумовыми характеристиками, демонстрируют значительный температурный гистерезис и имеют долгосрочную стабильность, зависящую от абсолютного значения по крайней мере одного встроенного резистора. Новый принцип - XFET ™: с распространением систем, использующих источники питания 5 В и растущей потребностью в работе при напряжении 3 В и ниже, разработчикам микросхем и систем требуются высокопроизводительные источники опорного напряжения, которые могут работать от шин питания значительно ниже > 6 В, необходимое для стабилитронов со скрытым корпусом. Такое устройство должно сочетать маломощную работу с низким уровнем шума и малым дрейфом. Также желательны линейный температурный коэффициент, хорошая долговременная стабильность и низкий тепловой гистерезис. Чтобы удовлетворить эти потребности, была создана новая эталонная архитектура, обеспечивающая столь желанное эталонное напряжение. Этот метод, получивший название XFET ™ (экстра имплантированный полевой транзистор), дает опорный сигнал с низким уровнем шума, который требует низкого тока питания и обеспечивает улучшенную линейность температурного коэффициента с низким тепловым гистерезисом. Ядро эталонного XFET-транзистора состоит из двух полевых транзисторов, один из которых имеет дополнительный имплантат канала для повышения напряжения отсечки. Когда оба полевых транзистора работают с одинаковым током стока, разница в напряжении отсечки усиливается и используется для формирования высокостабильного источника опорного напряжения. Собственное опорное напряжение составляет около 500 мВ с отрицательным температурным коэффициентом около 120 ppm / K. Этот наклон по существу привязан к диэлектрической проницаемости кремния и тесно компенсируется добавлением поправочного члена, генерируемого таким же образом, как член пропорциональной абсолютной температуре (PTAT), используемый для компенсации опорных значений ширины запрещенной зоны. Однако собственный температурный коэффициент XFET примерно в тридцать раз ниже, чем у запрещенной зоны. В результате требуется гораздо меньше исправлений. Это имеет тенденцию приводить к гораздо меньшему шуму, поскольку большая часть шума опорного сигнала запрещенной зоны исходит от схемы температурной компенсации. Поправка на температуру обеспечивается током IPTAT, который является положительным и пропорционален абсолютной температуре (рисунок 1). Рисунок 1. Упрощенная принципиальная схема эталонного ADR29x. Серия ADR29x - первая из растущего семейства эталонных устройств, основанных на архитектуре XFET. Они работают от шин питания от 2.7 до 15 В и потребляют всего 12 мкА. Варианты выходного напряжения включают 2.048 В (ADR290), 2.5 В (ADR291), 4.096 В (ADR292) и 5 ​​В (ADR293). Плоды новой технологии: топология схемы XFET имеет значительные преимущества по сравнению с большинством эталонов с шириной запрещенной зоны и стабилитроном. При работе с тем же током размах напряжения шума от эталона XFET на частотах от 0.1 до 10 Гц обычно в 3 раза меньше, чем для запрещенной зоны (см. Сравнение REF192 и ADR291). В качестве альтернативы эталон запрещенной зоны должен работать при токе питания, обычно в 20 раз превышающем эталонный XFET, чтобы обеспечить эквивалентные характеристики размаха шума (ADR291 vs. 680 г. н.э.). Эталонный XFET имеет очень плоский или линейный температурный коэффициент в расширенном промышленном диапазоне рабочих температур. Лучшие эталоны напряжения запрещенной зоны и стабилитрона обычно имеют нелинейные температурные коэффициенты при крайних значениях температуры. Эти нелинейности не совпадают от детали к детали, поэтому простая справочная таблица ПЗУ / программного обеспечения не может использоваться для коррекции температурного коэффициента. Линейность температурного коэффициента - очень важная характеристика для приложений DVM. Еще одно важное преимущество XFET - его превосходная долговременная стабильность. Его дрейф составляет менее одной пятой от эталона запрещенной зоны и сравним с дрейфом эталонов Зенера (см. Таблицу). Таблица 1. Сравнение эталонных значений стабилитрона, ширины запрещенной зоны и XFET Параметр ADR291 AD586 AD680 REF192 Эталонная топология XFET Напряжение питания для запрещенной зоны со скрытой зоной стабилизации (В) +3.0 +15.0 +5.0 +3.3 Выходное напряжение (В) 2.5 5 2.5 2.5 Начальная погрешность (мВ) * макс. ± 2 ± 2 ± 5 ± 2 Температурный коэффициент (ppm / ° C) * макс 8 (от -25 до +85) 2 (от 0 до +70) 20 (от -40 до +85) 5 (от -40 до +85) Шум Напряжение от 0.1 до 10 Гц (мкВ пик.) 8 4 10 25 Ток покоя (мкА) макс., 25 ° C 12 3000 250 45 Регулировка линии (ppm / В) *, макс. 100 100 40 Регулировка нагрузки (ppm / мА) * макс. 4 100 Диапазон рабочих температур (° C) от -100 до +100 от -10 до +40 от -125 до +40 от -85 до +40 нагрузка от выходного каскада PNP с малым падением напряжения; и нет необходимости в выходном развязывающем конденсаторе. Температурный гистерезис с конструкцией XFET намного лучше, чем с запрещенной зоной. Производственные устройства демонстрируют приблизительно 200 мкВ восстанавливаемого и некумулятивного сдвига при тепловом ударе 100 кельвинов по сравнению с сдвиг от 500 до 1000 мкВ в сопоставимых запрещенных зонах. Общее преимущество в производительности, обеспечиваемое запатентованной архитектурой ADI XFET в портативных системах, требующих точности, стабильности и низкого энергопотребления, не имеет себе равных с существующими ссылками на запрещенную зону или стабилитроны. Источник тока приложения: Серия ADR29x полезна для многих маломощных низковольтных прецизионных эталонных приложений, включая отрицательные эталоны и «усиленные» прецизионные регуляторы, использующие внешние маломощные усилители типа rail-to-rail с соединениями обратной связи Кельвина. Низкий и нечувствительный ток покоя (примерно на 12 ± 2 мкА выше температуры) позволяет членам семейства ADR29x служить прецизионными источниками тока, работающими от низкого напряжения питания. На рисунке 2 показано базовое подключение источника плавающего тока с заземленной нагрузкой. Прецизионно регулируемое выходное напряжение вызывает прохождение тока (VOUT / RSET) через RSET, который является суммой фиксированного и регулируемого внешнего сопротивления. Этот ток, <5 мА, добавляется к току покоя, чтобы сформировать ток нагрузки через RL. Таким образом, можно запрограммировать предсказуемые токи от 12 мкА до 5 мА для протекания через нагрузку. Рисунок 2.

Оставить сообщение 

Список сообщений