电压参考电路设计关键问题
在您努力想要找到正确的电压参考设计时，高分辨率混频信号器件会带来一个有趣的挑战。尽管没有一款适合所有电压参考设计的通用解决方案，但是图 1 所示电路还是为您的 16 位以上的转换器提供了一款不错的解决方案。
图1:16 位以上adc电压参考电路。
高分辨率转换器存在的一些问题是电压参考噪声、稳定性，以及该参考电路驱动转换器电压参考引脚的能力。r1、c2 和 c3 无源滤波器随电压参考噪声急剧下降。这种低通滤波器的转角频率为 1.59hz。该滤波器可减少宽带噪声和极低频噪声。附加 r-c 滤波器使噪声水平降至20位adc的可控范围以内。这一结果令人鼓舞。但是，如果电流受到拉力，从 adc 参考引脚流经 r1，则压降会破坏转换，因为每个位判定 （bit decision） 都有一次压降（请参见参考文献 1）。
图 1 所示电路图有一个运算放大器 （op amp），旨在“隔离”c2、r1 和 c3 低通滤波器，并为 adc 的电压参考引脚提供足够的驱动力。25℃ 时，cmos 运算放大器 （opa350） 的输入偏置电流为 10 pa。这一电流与 r1（10 kω）共同产生一个 100 nv 的恒定 dc 压降。这种水平的压降不会改变 23 位 adc 的最终位判定。运算放大器的输入偏置电流随温度变化而改变，这是实际情况，但在 125℃ 温度下您可以预计一个不超过 10 na 的最大电流值，其在 100℃ 温度范围产生 100 μv 的变化。
我们需要将 r1 的这种压降考虑进来。该压降会增加电压参考器件的误差。假设电压参考电路的初始误差为 ±0.05%，且误差温度为 3 ppm/℃。参考电压为 4.096 伏时，室温下初始电压参考误差等于 2.05 mv，125℃ 时增加 1.23 mv。图 1 所示电路中，随着运算放大器偏移和输入偏置电流误差的变化，参考电压器件占主导地位。连接至图 1 所示电路的 adc，承受的误差是参考电压、r1 和 opa350（增益误差）所产生误差的和。
运算放大器驱动一个10 μf 电容器 （c4） 和 adc 的电压参考输入引脚。位于 c4 上的电荷提供 adc 转换期间所需的电荷。在 ad c的数据采集和转换期间，c4 容量的大小为 adc 的参考引脚提供一种恒定的电压参考，其通常具有约 2 到 50 pf 的输入电容。
图 1 所示电路中，需要注意的最后一点。c4 和运算放大器开环输出电阻 （ro） 改变放大器的开环增益 （aol） 曲线时，您可以对放大器的稳定性做折中处理。参考文献 2 中的讨论说明了找出这一问题的过程。基本上而言，具有较好稳定性的电路是改进运算放大器 aol 曲线和闭环电压增益曲线的闭合速率为 20db 的电路。
图2：图1 所示opa350 缓冲频率响应。
该稳定电路中，极点和零点的频率位置计算如下，其中 opa350 的开环输出电阻为 50ω （ro），而 c4 （resr） 的 esr 为 2 mω。
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我们需要将 r1 的这种压降考虑进来。该压降会增加电压参考器件的误差。假设电压参考电路的初始误差为 ±0.05%，且误差温度为 3 ppm/℃。参考电压为 4.096 伏时，室温下初始电压参考误差等于 2.05 mv，125℃ 时增加 1.23 mv。图 1 所示电路中，随着运算放大器偏移和输入偏置电流误差的变化，参考电压器件占主导地位。连接至图 1 所示电路的 adc，承受的误差是参考电压、r1 和 opa350（增益误差）所产生误差的和。
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图 1 所示电路中，需要注意的最后一点。c4 和运算放大器开环输出电阻 （ro） 改变放大器的开环增益 （aol） 曲线时，您可以对放大器的稳定性做折中处理。参考文献 2 中的讨论说明了找出这一问题的过程。基本上而言，具有较好稳定性的电路是改进运算放大器 aol 曲线和闭环电压增益曲线的闭合速率为 20db 的电路。
图2：图1 所示opa350 缓冲频率响应。
该稳定电路中，极点和零点的频率位置计算如下，其中 opa350 的开环输出电阻为 50ω （ro），而 c4 （resr） 的 esr 为 2 mω。
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