天天进修一点：理解电压基准的温度系数_温度_电压

电压基准产生稳定的电压，空想情形下与电源电压，温度，负载和其他外部成分的变革无关。
它们广泛用于数据转换器，电源，丈量和掌握系统。
这种系统的精度可以直接管所用电压基准的精度的影响。

有几个规范许可我们表征电压参考精度的各个方面。
本文着眼于温度系数（温度系数）规格，该规格描述了温度引起的电压基准输出的变革。

什么是温度系数规格？

虽然电压参考的输出应空想地与温度无关，但实际电压参考表现出温度引起的输出变革。
下面的图1显示了LT1021-5的输出。
标称输出电压为5 V，但正如您所看到的，它不是100％独立于温度。

图1

图1.图像由Analog Devices供应。

电压参考的温度系数（或温度漂移）是表征温度引起的输出偏差的规格。
常用方法（定义）称为“Box方法”，利用以下等式：

该方法考虑了指定温度范围内的偏差（Tmax-Tmin）。
在此温度范围内，输出的最大值减去最小值（Vmax - Vmin），以找出输出的最大变革。
最大输出变革除以温度范围乘以标称输出值（Vnominal）。

结果乘以10^6，以ppm /°C（百万分之一/°C）指定温度系数。
下面的图2显示了输出电压的上限和下限以及LT1021-5参考电压的温度限定。

图2

边界形成一个框，个中框对角线与上述等式给出的温度系数成比例。
如您所见，Vmax和Vmin分别约为5.001 V和5 V.考虑到-50°C至125°C的温度范围，我们得到：

根据该器件的数据规格表（datasheet）第3页，LT1021-5温度系数的范例值为2 ppm /°C。
把稳，Vmax和Vmin不一定与Tmax和Tmin干系。
它们只是在Tmin到Tmax的温度范围内确定输出电压的最大值和最小值。

温度系数规范没有给出温度引起的变革的形状。
考虑一个标称输出为5 V，温度系数为1.14 ppm /°C的电压基准。
我们看到LT1021-5展示了这些规格（图1）;但是，我们可以设想这些规格的无数电压参考。
两个假设的例子如图3和图4所示。

图3

图4

温度系数规格的单位（ppm /°C）可能误导我们缺点的不雅观点，即偏差是线性的，这意味着如果我们将温度提高1°C，输出电压将改变1 ppm。
但是，我们看到tempco的定义办法并未向我们供应有关变体形状的任何信息。
它只给我们在指定温度范围内可以预期的最大变革。

由于偏差不是线性的，因此一些制造商在多个温度范围内给出器件的温度系数。
例如，MAX6025A被指定为-40°C至+ 85°C范围内的20 ppm /°C器件。
但是，在0°C至+ 70°C的范围内，其温度系数为15 ppm /°C。
因此，根据运用的事情温度范围，我们可以将MAX6025A视为20 ppm /°C或15 ppm /°C器件。
请把稳，温度系数是在指定的温度范围内给出的。
我们可以用它来估计只在指定例模内的偏差。
除非很好地理解给定器件的温度特性，否则估计偏差超出指定例模是不可取的。

让我们看看我们如何确定系统所需的温度系数。
例如，假设我们有一个10位ADC，电压参考用于设置ADC满量程值。
假设我们希望温度引起的偏差小于系统的一半的LSB。

如果我们假设电压参考的标称输出是VFS，那么我们的10 bits位系统的LSB将是VFS/(2^10),因此，电压参考输出的总变革应小于VFS/(2^11)，在温度范围为-25°C至75°C时，我们得到：

因此，我们须要一个温度系数小于4.88 ppm /°C的电压基准。
对付上述打算，我们仅旨在知足一个条件：保持参考电压的总变革低于LSB的一半。
温度系数为4.88 ppm /°C时，我们知道参考电压的总变革小​​于LSB的一半。
我们可以得出关于参考电压绝对值的结论？我们可以考虑两种极度情形：

a、参考电压的最小值是其标称值（VFS），其最大值是VFS + 0.5 LSB。
在这种情形下，变革形状类似于图3中所示的形状。

b、参考电压的最大值是其标称值（VFS），其最小值是VFS - 0.5 LSB。
这种情形类似于图4中所示的情形。

如您所见，4.88 ppm /°C的温度系数可确保变革小于LSB的一半（无论变革的形状如何）。
但是，根据给定器件的电压漂移特性，绝对值可介于VFS - 0.5 LSB至VFS + 0.5 LSB之间。
因此，如果特定运用哀求将绝对值保持在LSB的一半以下，我们可以大略地选择一个电压参考，使变革保持在¼LSB以下。
温度漂移越低，产品的本钱就越高。
因此，我们须要仔细考虑设计哀求，以避免过度设计。

此外，请把稳，图3和图4描述了假设的电压漂移特性。
许多实际电压基准，尤其是补偿带隙器件，具有S形曲线（见图5）。

图5

图5图片由Analog Devices供应。

用于指定器件温度系数的温度范围是指芯片温度。
器件中花费的功率可导致管芯温度与环境温度之间的差异。
在这种情形下，我们该当估算芯片温度并根据芯片温度范围打算漂移偏差。
有关更多信息，请参阅Maxim的本运用条记。

电压基准广泛用于数据转换器，电源，丈量和掌握系统。
电压参考的温度系数（tempco）许可我们表征参考输出中的温度引起的偏差。

用于打算温度系数的常用方法（定义）是“Box方法”。
值得把稳的是，温度系数规格并未向我们供应有关温度变革形状的任何信息。
它只许可我们打算在指定温度范围内可能发生的最大偏差。