一些電壓基準(zhǔn)具有專用的降噪端子。這些端子可用于過(guò)濾基準(zhǔn)的噪聲并實(shí)現(xiàn)更高的性能。然而，應(yīng)該注意的是，此類中的每個(gè)電壓基準(zhǔn)可能需要不同的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)噪聲過(guò)濾。沒(méi)有一種解決方案適用于所有這些電壓基準(zhǔn)。因此，在做任何事情之前，應(yīng)該徹底研究設(shè)備數(shù)據(jù)表，以獲取有關(guān)此主題的任何明確信息。
在本節(jié)中，我們將了解具有降噪端子的TI REF50xx系列。下面的圖 3 顯示了這些電壓基準(zhǔn)的簡(jiǎn)化框圖。
圖 3.圖片由德州儀器 (TI)提供。
有兩個(gè)主要噪聲源：帶隙基準(zhǔn)和輸出緩沖器/放大器。正如您所看到的，圖 3 中的 TRIM 端子連接到帶隙模塊的輸出。這使我們能夠?qū)⑼獠侩娙萜鬟B接到 TRIM 端子，并在帶隙電路的輸出端創(chuàng)建一個(gè)低通濾波器。
根據(jù)TI 文檔，連接 1 μF 電容器將使總輸出 RMS 噪聲降低 2.5 倍。此外，我們可以在輸出端子 (V OUT ) 上添加一個(gè)外部電容器并創(chuàng)建一個(gè)低通濾波器。添加這兩個(gè)電容器，我們得到如圖 4 所示的原理圖。該設(shè)計(jì)適用于 8 至 14 位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。
圖 4.圖片由德州儀器 (TI)提供。
10μF 電容器的等效串聯(lián)電阻 (ESR) 非常重要，因?yàn)樵撾娙萜髦苯舆B接到采用反饋路徑的內(nèi)部運(yùn)算放大器的輸出。由于 ESR 較低（約 0.1 Ω），反饋系統(tǒng)幾乎直接連接到大負(fù)載電容器。驅(qū)動(dòng)大負(fù)載電容器可以使運(yùn)算放大器稍微穩(wěn)定并導(dǎo)致增益峰值。不過(guò)，根據(jù)TI文檔，ESR約為1.5Ω，就可以避免穩(wěn)定性問(wèn)題。如果您想了解有關(guān)大負(fù)載電容器的更多信息，我推薦 Analog Devices 的這段視頻， 以了解為什么相對(duì)較大的 ESR 可以使系統(tǒng)穩(wěn)定。
請(qǐng)注意，較大的增益峰值將導(dǎo)致參考輸出處出現(xiàn)較大的噪聲（見(jiàn)圖 5）。
圖 5. 圖片由德州儀器 (TI)提供。
考慮到所有這些細(xì)節(jié)，在應(yīng)用任何濾波技術(shù)來(lái)抑制基準(zhǔn)噪聲之前，我們應(yīng)該徹底研究電壓基準(zhǔn)的數(shù)據(jù)表。
不帶降噪端子的電壓基準(zhǔn)IC
對(duì)于沒(méi)有降噪端子的電壓基準(zhǔn)，我們可以使用精密運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)低通濾波器。原理圖如圖 6 所示。
圖 6.圖片由電流源和電壓基準(zhǔn)提供。
如您所見(jiàn)，由R 2和C 2創(chuàng)建的單極點(diǎn)低通濾波器位于精密放大器的輸出端。這樣，我們就可以避免電壓基準(zhǔn)IC驅(qū)動(dòng)大的容性負(fù)載。雖然低通濾波器將抑制來(lái)自基準(zhǔn)和運(yùn)算放大器的噪聲，但我們?nèi)匀恍枰\(yùn)算放大器具有非常低的噪聲、低偏移和低漂移。電阻應(yīng)采用低TC精密型，電容應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)聚丙烯電容。
請(qǐng)注意，如圖 6 所示，我們可以使用低成本線性穩(wěn)壓器為基準(zhǔn)電壓源和運(yùn)算放大器提供干凈的電源電壓。另外，選擇R 1 C 1 =2R 2 C 2 可以提高濾波器的環(huán)路穩(wěn)定性。
上述兩種技術(shù)并不是抑制電壓基準(zhǔn)噪聲的可能的解決方案。例如，您可以用更復(fù)雜的濾波器替換上面的單極濾波器。請(qǐng)參閱《電流源和電壓基準(zhǔn)》一書(shū)的第 12 章，了解如何使用其他類型的濾波器。除此之外，您還可以在制造商的應(yīng)用說(shuō)明中找到有趣的技術(shù)。例如，Maxim Integrated 教程解釋了如何使用四個(gè)電壓基準(zhǔn)的堆棧來(lái)將基準(zhǔn)噪聲降低 2 倍。 |
