模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）需要穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓來(lái)精確測(cè)量或生成模擬信號(hào)。本應(yīng)用筆記介紹了如何使用電阻、吸電流/源極和緩沖放大器調(diào)整任何三端基準(zhǔn)電壓源，以動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓源、微調(diào)其輸出值或生成略有不同的值。

ADC和DAC必須具有穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓，才能精確測(cè)量或生成模擬信號(hào)。此類(lèi)基準(zhǔn)電壓源提供許多保證的精度和穩(wěn)定性水平，但其輸出電壓電平種類(lèi)要小得多，通常指定為標(biāo)準(zhǔn)值，如2.048V、2.500V或4.096V。

但有時(shí)，您需要?jiǎng)討B(tài)校準(zhǔn)參考，微調(diào)其輸出值或生成略有不同的值。例如，當(dāng)通過(guò)電阻分壓器測(cè)量電壓時(shí)，您可以調(diào)整基準(zhǔn)電壓以補(bǔ)償分壓器中的增益誤差。

圖1所示電路顯示了如何使用電阻、吸電流/源和緩沖放大器調(diào)整任何三端基準(zhǔn)電壓源。灌電流或拉電流導(dǎo)致R1兩端產(chǎn)生的壓降從標(biāo)稱(chēng)基準(zhǔn)輸出V減去或增加裁判:

VOUT = VREF ? I × R1.

圖1.將電阻、電流源和緩沖器添加到基準(zhǔn)電壓源，可以調(diào)整其輸出。

緩沖放大器隔離V外來(lái)自負(fù)載，因此流過(guò)R1的唯一電流是來(lái)自電流源的電流。如圖2所示，這一想法可以通過(guò)高度穩(wěn)定的電壓基準(zhǔn)（MAX6126）、電流DAC（DS4412）和低失調(diào)運(yùn)算放大器（MAX9620）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖2.MAX6126電壓基準(zhǔn)、DS4412電流DAC和MAX9620低失調(diào)運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)了圖1的原理。

如果我們選擇 R科技委= 4.7kΩ，滿(mǎn)量程DAC電流為0.981mA （參見(jiàn)DS4412數(shù)據(jù)資料）。結(jié)合R1 = 10Ω，該電流值產(chǎn)生±0.981mA×10Ω = ±9.81mV的調(diào)諧范圍，分為31個(gè)步進(jìn)，每個(gè)0.654mV。

根據(jù)該基準(zhǔn)及其封裝的性能等級(jí)，初始輸出精度可高達(dá)±0.02%。DAC的輸出電流精度僅為±6%，但調(diào)諧范圍很小，因此大容差對(duì)輸出誤差的影響很小。將這些值與R1的1%電阻和運(yùn)算放大器的最大失調(diào)值相結(jié)合，得到最大初始輸出電壓誤差的表達(dá)式：

對(duì)于2.048V基準(zhǔn)，此錯(cuò)誤為

其中 DAC 表示 DAC 的十進(jìn)制等效輸出值 （-15 ≤ DAC ≤ +15）。因此，DAC引入的最大誤差為0.5969mV，當(dāng)與基準(zhǔn)電壓源本身的初始精度相結(jié)合時(shí)，總誤差約為1mV。

由于DAC的工作溫度范圍為-40°C至+85°C，因此我們?cè)谕环秶鷥?nèi)使用基準(zhǔn)電壓源的漂移規(guī)格：±3ppm/°C。 Maxim使用盒法來(lái)指定溫度漂移。（詳見(jiàn)應(yīng)用筆記4300：“計(jì)算精密數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）應(yīng)用中的誤差預(yù)算”）最大 V裁判因此漂移

125°C × ±3ppm/°C × 2.048V = ±0.768mV。

第二學(xué)期的漂移（I代數(shù)轉(zhuǎn)換器×R1）是由DAC中的漂移引起的，R的漂移科技委，以及 R1 的漂移。DAC中的漂移僅指定為±75ppm/°C的典型值。 我們假設(shè)電阻±25ppm/°C。這些值產(chǎn)生的典型漂移

因此，DAC和電阻引入的典型漂移約為±0.1mV，遠(yuǎn)低于基準(zhǔn)電壓源的最大漂移。運(yùn)算放大器在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的最大輸入失調(diào)額定值為25μV，也遠(yuǎn)低于基準(zhǔn)電壓源的最大漂移。

在輸出電壓與DAC碼的函數(shù)圖中，誤差條表示初始精度和溫度漂移（圖3）。對(duì)于較高的DAC值，誤差略有增加，主要是由于溫度漂移。測(cè)量值在室溫下記錄，非常接近理論值。

圖3.該圖給出了理論（藍(lán)線）和測(cè)量（紅條）輸出電壓作為DAC代碼的函數(shù)。標(biāo)稱(chēng)基準(zhǔn)輸出為 2.048V。誤差線顯示精度略微下降，接近DAC代碼的絕對(duì)較高值（為清楚起見(jiàn)，省略了電壓表的誤差線）。

審核編輯：郭婷