= 5.269mV）等
音频或视频
10%绝对基准电压误差
= 声级的1dB误差
与分辨率相比较
基准电压源的1ppm误差相当于20位精度 15ppm相当于16位精度 244ppm相当于12位精度(1/4000)
绝对误差一般通过校准消除
因此重要的是基准电压变化
基准电压源和规格问题
广泛的基础设施和产品基础
模拟放大器将传感器输出转换为4-20mA信号 数据转换器通过4-20mA线路传输信号 HART编码算法现可提供更强的功能
典型4-20mA信号传输器件
AD693将低电平传感器输入转换为4-20mA输出，由环路电源驱动
；同时提供传感器驱动信号
典型4-20mA信号传输器件
无商用器件
跟踪基准电压源具有匹配的正负输出
负基准电压源可以利用运算放大器实现 完整的基准电压源封装内置跟踪功能，性能更好
负基准电压源设计
标准反相运算放大器电路
改进的电路不需要精密 电阻匹配
跟踪基准电压源
高性能跟踪基准电压源AD588利用精密调整电阻实现出色的匹配
跟踪基准电压源
使用四通道运算放大器的多路输出跟踪基准电压源设计 10V、7.5V、5V、2.5V – 其它电压可以设置 需要使用精密电阻
反相运算放大器电路对传感器很有用
电流流向虚拟地，因此传感器上无电压变化 通常比让电流流经电阻更快
用于电源电流检测的高端和低端
光电二极管等效电路
入射 光 光 电流 RSH(T) 100kW 100GW CJ
理想 二极管
注：温度每升高10°C，RSH减半
电流电压转换器（简图）
ISC = 30pA (0.001 fc) R = 1000MW
XFET基准电压源
与带隙基准电压源相似，但使用结型场效应管器件 采用3V电源时，设计输出低至2V
高级带隙/CMOS设计
允许对输出值和温度系数分别进行调整，精度更高
基准电压源比较
电流检测和电流源
电流是所有电现象的源泉
电流的流动使灯泡发光，使电机转动 某些传感器输出电流
移动系统设计可以采用快速唤醒/关断方法来将功耗降至最低
检查基准电压源的动态开启以确保精度
系统级校准
希望所有器件使用一个共同基准
共同基准的校准涉及整个系统 在单个基准上付出较多成本以获得更好的漂移和噪声性能 利用缓冲放大器将基准电平分布于整个系统 务必不要让放大器影响性能
全球领先的高性能信号处理解决方案供应商
设计基础
基准电压源 电流检测和电流源
主讲人：David Kress
议程
基准电压源
系统设计中的用途 基准电压源的类型 规格和用法 典型应用
电流源
应用 产生电流源和驱动的电路
电流检测
电机和电磁阀控制 光电二极管 远程检测 工业信号
外部调整元件不匹配
外部电阻与内部电阻的温度系数不同 时间漂移特性不确定
基准电压源调整
将调整范围减至最小以保持漂移性能
0.5%调整范围将其对基准电压性能的影响降至最小，但需要使用高品质
元件 用DigiTrim DAC电位计代替电阻调整器可降低成本、提高稳定性并提供 数字编程能力
AD421
16位DAC通过数字命令驱动环路电流
高级4-20mA信号传输器件

AD5755四通道16位DAC通过数字命令驱动环路电流，并且动态控制电源使用 – 实现新的HART连接
ADI中国地区技术支持热线：4006 100 006
ADI中国地区技术支持信箱：china.support@
传感器驱动器
电桥和电阻需要精确驱动来产生精确输出
数据转换器基准电压源
输入与基准电压源成比例，因此数字输出码与全“1”码成比例
设置跳变点
跳变点比较器的基准侧
基准电压源精度要求
绝对精度
仪表测量需要非常高的绝对精度 固定输出电平的传感器也需要，如热电偶（J型，100C
基准电压源与稳压器
将电源用作基准电压源是很诱人的想法
简化配线 成本较低
可能适合低端消费电子/8位系统 最大问题是噪声
较好的开关电源具有>10mV
p-p噪声 低噪声线性稳压器具有200μV p-p输出噪声 基准电压源具有<1μV至5μV p-p输出噪声
其次是瞬态效应
基准电压源的目标用途
提供给定电平的精确电压输出 所有其它规格都是导致输出与上述精确电压偏离的因素
主要规格有噪声和漂移（温漂和长期漂移）
无法补偿或限制 高噪声会限制最终分辨率
– 高频噪声可利用缓冲器滤除 – 低频噪声则难
以滤除 在关键应用中可以补偿温漂 迟滞误差会因为温度周期而偏移 长期漂移可能需要定期校准
基准电压误差分析和补偿
输出负载
基准电压源显示输出随负载变化而变化
- 通常没有像运算放大器那么好
的输出阻抗 动态负载一般需要缓冲 SAR型ADC在高频时会产生基准电压源无法跟踪的严重动态负载
输入电压变化
新型基准电压源是LDO（低压差）–
其输出非常接近输入 压差较低时，电源抑制性能一般会下降
传感器和ADC使用共同基准
如果基准电压偏移，相对精度和校准将保持不变 许多新型ADC利用内部基准电压驱动传感器 最大程度地减少器件数量
固定和可调基准电压源
固定基准电压源具有完全平衡的器件，温度和时间漂移性能良好
作为一个完整的器件进行测试和认证
可调基准电压源应用广泛
校准和补偿系统变化 匹配其它系统
通过4-20mA输出提供工业控制信号
4mA电源相当于零输出，20mA相当于满量程 随着时间推移已大为扩展，包括控制信号
经典带隙温度传感器
+VIN R R
"BROKAW CELL"
+ VBANDGAP = 1.205V
I2 @ I1
Q2 不适用 VN
Q1
A
VBE (Q1) VPTAT = 2 R1 R1 kT ln(N) R2 q
远程负载检测可提高精度
当负载离基准电压源有一定距离且阻抗较低时，压降会影响精度
远程负载检测可消除压降误差 也称为“开尔文连接”
传感器和转换器使用共同基准电压源驱动
使用共同基准电压源可使测量结果成比例，消除基准漂移问题 在低精度系统中，可以使用电源
必须是低噪声电源
内置基准电压源以驱动传感器的ADC更佳
电源上的瞬态负载可能产生100mV的瞬态电压，从而破坏数据转换测量
结果
基准电压源的结构
齐纳二极管或嵌入式齐纳基准电压源
– 与正向二极管串联使用，温度系数接近零 6.8V标称输出，在低压系统中不稳定
原始半导体基准电压源
带隙基准电压源
使用两个不同电流密度的正向二极管产生零温度系数输出 1.2V标称输出，非常适合低压系统

主要性能特点
顺从电压范围 - 它可以驱动的外部电压 输出阻抗 - 需要很高以保持电流恒定

电桥电路中使用的传感器电阻 涵盖非常宽的动态范围
低电阻传感器由电流源驱动更好
应变计 电子秤称重传感器 压力传感器 120W、350W、3500W 350W - 3500W 350W - 3500W
相对湿度
电阻温度测量器(RTD) 热敏电阻
100kW - 10MW
100W、1000W 100W - 10MW
由DAC驱动的电流源
具有20V顺从电压的简单吸电流设计 负载电流公式：
双极性电流源
Howland电路产生源电流和吸电流输出 负载电流公式：
更高功率电流源

电流用作输出信号
模拟转电子信号处理
传感器 （输入）
放大器
转换器
数字处理器
执行器 （输出）
放大器
转换器
电子信号处理中的基准电压源
传感器驱动 基准电压 输入
传感器 （输入）
放大器
转换器
数字处理器
接地基 准
基准电压 输入
转换器
执行器 （输出）
放大器
基准电压源的用途
与其它系统进行比较的标准
系统输入和输出的等效性
出阻抗等特性 任何放大器精度问题都会产生不利影响
设置高精度基准电平(CN0169)
负基准电压源和跟踪基准电压源
测试设备或特殊传感器驱动器偶尔需要负基准电压源
用于电平转换以适应ADC输入范围或创建虚拟地，比负电源更精确
– 没有足够的需求 使用反向运算放大器的简单设计需要精密电阻 更好的负基准电压源可以利用某些正基准电压源直接实现
电流比电压更难测量
直流电流只能通过电阻测量，电阻会耗用一些电压 交流电流可以利用互感器测量，但它仍会干扰电平
产生电流也需要一些技巧
一般用于驱动传感器 常用于测试仪器 允许通过一对导线传输信号和电源
电流检测技术
电流检测需要一个压降
让电流通过一个精密电阻 压降可能会降低被检测对象上的信号 如何降低或避免
_
UT = 30mV
+
灵敏度：1mV / pA
光电二极管放大器的设计选择
光电二极管放大器的设计结果
高端与低端电流检测
+
-
高端与低端电流检测
高压环境下的高端电流检测
四线电阻测量
小值电阻或远程检测需要这种技术
相连引脚上的压降会加到传感器 的信号上 需要精密电流源以获得最高精度
RTD是常见的高精度温度传感器，需要精密电阻测量