本文提供了用于選擇電壓輸出DAC最佳串聯(lián)基準(zhǔn)電壓源的深入分析、程序和選擇表。它涵蓋了所有重要參數(shù)，例如：輸入電源電壓、基準(zhǔn)輸出電壓、初始精度、線(xiàn)路和負(fù)載調(diào)整率、穩(wěn)定性和噪聲。此外，還給出了四個(gè)常見(jiàn)的設(shè)計(jì)示例。

在設(shè)計(jì)包含數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）和外部基準(zhǔn)電壓源的系統(tǒng)時(shí)，基準(zhǔn)電壓源規(guī)格與DAC本身的規(guī)格同樣重要。本文探討了為電壓輸出DAC選擇外部三端串聯(lián)基準(zhǔn)電壓源所涉及的一些問(wèn)題。DAC系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例用于說(shuō)明在優(yōu)化成本、精度或功耗時(shí)的各種權(quán)衡。

關(guān)于基準(zhǔn)電壓源的幾句話(huà)

本文主要關(guān)注Maxim的三端串聯(lián)帶隙基準(zhǔn)電壓源，但也討論了埋極齊納基準(zhǔn)。不包括雙端子并聯(lián)基準(zhǔn)電壓源，因?yàn)槿俗哟?lián)器件現(xiàn)在以具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格提供，并且具有相對(duì)于輸入電壓幾乎恒定的低靜態(tài)電流。

MAX6006-MAX6009雙端并聯(lián)基準(zhǔn)系列值得考慮用于超低功耗應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兛梢援a(chǎn)生1.25V、2.048V、2.5V或3V，工作電流僅為1μA。 Maxim還提供一系列低成本、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的LM4040并聯(lián)基準(zhǔn)。

基于齊納基準(zhǔn)電壓源的基準(zhǔn)電壓源經(jīng)過(guò)光處理，主要是因?yàn)樗鼈兙哂懈咻斎腚妷阂螅ㄟ@限制了它們?cè)陔娫措妷狠^低的系統(tǒng)中的適用性）。盡管重點(diǎn)縮小，但本文中涵蓋的許多主題適用于其他參考類(lèi)型。例如，由偏置電流變化引起的并聯(lián)基準(zhǔn)電壓源上的基準(zhǔn)電壓變化類(lèi)似于串聯(lián)基準(zhǔn)電壓源的負(fù)載調(diào)節(jié)，并且可以用類(lèi)似的方式分析對(duì)DAC性能的影響。

圖1所示為典型設(shè)計(jì)的三端串聯(lián)電壓基準(zhǔn)（MAX6325）和DAC（MAX5170）之間的連接。在這種情況下，基準(zhǔn)電壓源和DAC之間顯示了一個(gè)外部電容，但如果空間有限，并且DAC沒(méi)有快速電源或輸出瞬態(tài)開(kāi)關(guān)，則通?？梢允∪ピ撾娙?。該圖還顯示了電源濾波輸入電容器和寬帶降噪電容器，但這兩個(gè)電容器也是可選的。最后，MAX6325電壓基準(zhǔn)具有TRIM引腳，允許用戶(hù)選擇使用外部電位器消除初始誤差。

圖1.連接一個(gè)三端串聯(lián)基準(zhǔn)電壓源和一個(gè)DAC。

基準(zhǔn)電壓規(guī)格的定義

除了成本和封裝之外，關(guān)于基準(zhǔn)電壓源選擇的討論中還將涵蓋幾種（但不是全部）規(guī)格。這些規(guī)范在本文末尾列出的參考文獻(xiàn)中有詳細(xì)描述，因此這里僅簡(jiǎn)要總結(jié)它們。以下是規(guī)范的定義：

輸入電源電壓：基準(zhǔn)電壓源的電源輸入電壓。上端受用于基準(zhǔn)電壓源的硅工藝的限制，底端受基準(zhǔn)輸出和壓差限制：

VIN(MIN) = VREF + VDROPOUT

基準(zhǔn)輸出電壓：

DAC基準(zhǔn)輸入端使用的穩(wěn)壓。

初始精度：精度用詞不當(dāng)，因?yàn)樗鼘?shí)際上代表了初始輸出電壓誤差。在 25°C 時(shí)以 % 或 mV 為單位。 一些固定電壓和任何可調(diào)基準(zhǔn)電壓源都可以調(diào)整以提高精度。

基準(zhǔn)輸出電流：基準(zhǔn)電壓源可源向DAC基準(zhǔn)輸入端的可用負(fù)載電流。本文中介紹的所有參考資料也可以吸收電流，但不能吸收電流。

基準(zhǔn)負(fù)載調(diào)整率： 參考輸出電壓的增量變化，用于參考輸出電流的直流變化。以μV/μA或等效的mV/mA、mV（在整個(gè)輸出電流范圍內(nèi)）、ppm/mA或%/mA為單位。

輸入線(xiàn)路調(diào)節(jié)：輸入電源電壓直流變化時(shí)基準(zhǔn)輸出電壓的增量變化。規(guī)格單位為μV/V。

輸出電壓溫度系數(shù)（溫度系數(shù)）：給定溫度變化時(shí)基準(zhǔn)輸出電壓的變化。以ppm/°C為單位。 Maxim采用盒式方法，其中最大基準(zhǔn)輸出分?jǐn)?shù)電壓變化除以最大工作溫度范圍：

TCVOUT = 106 ×| ΔVREF(max)/ VREF | / (TMAX-TMIN)

輸出電壓溫度遲滯：

溫度循環(huán)后+25°C時(shí)基準(zhǔn)輸出電壓的變化（T最低到 T。.MAX） 應(yīng)用。指定為以 ppm 表示的電壓比。

TEMPHYST = 106 × | ΔVREF / VREF |, where ΔVREF = VREF before ΔT cycle minus VREF after ΔT cycle.

輸出電壓長(zhǎng)期穩(wěn)定性：

基準(zhǔn)輸出電壓隨時(shí)間的變化。以 ppm/1000 小時(shí)為單位指定。超過(guò)1000小時(shí)間隔的累積漂移沒(méi)有指定，但它通常遠(yuǎn)低于初始漂移，初始漂移本身可以通過(guò)PCB級(jí)老化來(lái)改善。

輸出噪聲電壓：基準(zhǔn)輸出端的電壓噪聲。在1.0Hz至1Hz帶寬范圍內(nèi)，10/f分量以μVp-p為單位，寬帶噪聲通常以μV為單位有效值在 10Hz 至 10kHz 帶寬范圍內(nèi)。

容性負(fù)載穩(wěn)定性范圍：基準(zhǔn)電壓源在其輸出端可以承受的容性負(fù)載范圍（包括用戶(hù)提供的電容、負(fù)載提供的電容和雜散電容）。外部電容器僅用于限制大負(fù)載或電源瞬變，并且可以在許多設(shè)計(jì)中省去以節(jié)省電路板空間。一些基準(zhǔn)具有引腳，可以增加補(bǔ)償電容（MAX872）或降噪電容（MAX6325）以提高性能。

DAC 注意事項(xiàng)

本文僅討論緩沖電壓輸出DAC，因?yàn)檫@種架構(gòu)更容易說(shuō)明關(guān)鍵點(diǎn)。電流輸出DAC通常用于乘法配置（MDAC）以提供可變?cè)鲆?，并且通常需要外?a target="_blank">運(yùn)算放大器來(lái)產(chǎn)生電壓輸出。

本文考慮的所有Maxim電壓輸出DAC均采用反相R-2R架構(gòu)。從基準(zhǔn)電壓的角度來(lái)看，這種DAC架構(gòu)的主要特性是DAC基準(zhǔn)輸入電阻與DAC代碼的變化。必須注意確保基準(zhǔn)電壓源能夠在DAC的最小基準(zhǔn)輸入電阻下提供足夠的電流，并在DAC代碼變化時(shí)具有足夠的負(fù)載調(diào)節(jié)。圖4顯示了一個(gè)2位示例及其歸一化基準(zhǔn)輸入電流。請(qǐng)注意，DAC代碼0處的基準(zhǔn)電流未顯示在圖中，因?yàn)檫B接到基準(zhǔn)的所有開(kāi)關(guān)都開(kāi)路，幾乎沒(méi)有基準(zhǔn)電流流動(dòng)。另外兩個(gè)對(duì)基準(zhǔn)電壓選擇很重要的DAC規(guī)格是基準(zhǔn)輸入電壓范圍和DAC輸出增益。

圖2.反相 R-2R 架構(gòu)和基準(zhǔn)輸入電流變化（4 位）。

輸出誤差和精度定義

我們將輸出誤差定義為與理想輸出電壓的偏差，該電壓源將由完美基準(zhǔn)電壓源和DAC提供。需要注意的是，本文將討論絕對(duì)精度，這意味著所有內(nèi)容都以理想的DAC輸出電壓范圍為參考。例如，12位DAC代碼4095應(yīng)產(chǎn)生4.095V的輸出，基準(zhǔn)電壓為4.096V;任何與此的偏差都是錯(cuò)誤。這與相對(duì)精度形成鮮明對(duì)比，在相對(duì)精度中，滿(mǎn)量程輸出更多地由應(yīng)用而不是絕對(duì)電壓決定。例如，在比例式系統(tǒng)中，ADC和具有相同分辨率的DAC共享一個(gè)基準(zhǔn)電壓源，只要DAC輸出和ADC輸入電壓對(duì)于給定的數(shù)字代碼幾乎相同，實(shí)際基準(zhǔn)電壓是多少可能無(wú)關(guān)緊要（在合理范圍內(nèi)）。

輸出誤差通常指定為單側(cè)值（以DAC分辨率下的LSB為單位），但實(shí)際上意味著雙面誤差（圖3）。例如，具有12.4V輸出范圍的096位DAC的理想LSB步長(zhǎng)為4.096V/4096 = 1mV。如果本例中指定的輸出誤差為4位分辨率下的12LSB，則意味著任何代碼的DAC輸出都可能比理想值±4LSB（或±4mV）。我們根據(jù)我們有多少實(shí)際位來(lái)定義精度，以達(dá)到所需的輸出電壓，誤差最多為1LSB：

精度 = DAC 分辨率 - 對(duì)數(shù)2（錯(cuò)誤）

在我們的示例中，我們實(shí)際上有 10 位（12 - log2（4））的精度，因?yàn)槲覀冎荒茉谌魏谓o定的理想DAC輸出值的1位分辨率（±10mV = ±4/4 = ±4096/1）下達(dá)到1024LSB以?xún)?nèi)。

圖3.DAC傳遞函數(shù)和輸出誤差（假設(shè)為零偏移）。

有幾個(gè)源會(huì)導(dǎo)致輸出誤差，但有些源（如DAC失調(diào)）被忽略，因?yàn)樗鼈兣c基準(zhǔn)電壓選擇過(guò)程無(wú)關(guān)?？紤]的基準(zhǔn)電壓源誤差源包括初始誤差、溫度系數(shù)、溫度遲滯、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、負(fù)載和線(xiàn)路調(diào)整率以及輸出噪聲。DAC誤差源包括INL、增益誤差、增益-誤差溫度系數(shù)和輸出噪聲。

雖然目標(biāo)誤差適用于整個(gè)DAC碼范圍，但上述大多數(shù)誤差源都會(huì)產(chǎn)生有效的增益-誤差變化，在傳遞函數(shù)的滿(mǎn)量程（最高DAC碼）附近最大（圖3）。增益誤差隨著DAC碼值的減小而減小;這些誤差在中間量程時(shí)減半，在代碼零附近幾乎消失，其中偏移誤差占主導(dǎo)地位。誤差源不完全影響增益誤差，而是同樣適用于大多數(shù)DAC代碼范圍，包括DAC INL和輸出噪聲。

INL通常使用以下兩種方法之一進(jìn)行定義：絕對(duì)線(xiàn)性度或終點(diǎn)線(xiàn)性度。絕對(duì)線(xiàn)性度將DAC線(xiàn)性度與理想的傳遞函數(shù)線(xiàn)性度進(jìn)行比較。端點(diǎn)線(xiàn)性使用兩個(gè)測(cè)量的端點(diǎn)來(lái)定義線(xiàn)性（在這些點(diǎn)之間繪制一條直線(xiàn)），并將所有其他點(diǎn)與此線(xiàn)進(jìn)行比較。無(wú)論哪種情況，INL都應(yīng)包括在誤差分析中。在后一種情況下，DAC INL誤差在端點(diǎn)處為零，但可以在這些值內(nèi)的DAC碼字處出現(xiàn)。例如，對(duì)于在12V和0.4V（滿(mǎn)量程）端點(diǎn)之間定義INL的095位DAC，INL規(guī)范適用于接近0和4095的DAC代碼。為了計(jì)算最大誤差，將DAC的INL和噪聲引起的輸出誤差與前面提到的增益誤差相加是合理的，這些誤差在代碼4095附近最為嚴(yán)重。

數(shù)字轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)示例

為了說(shuō)明DAC基準(zhǔn)電壓源選擇所涉及的步驟，我們創(chuàng)建了一些設(shè)計(jì)示例，以涵蓋一系列應(yīng)用（表1）。這些示例僅包含 10 位、12 位和 14 位 DAC 設(shè)計(jì)，因?yàn)樗鼈冏罹邌l(fā)性。設(shè)計(jì)步驟按設(shè)計(jì)示例分為各個(gè)部分（請(qǐng)參閱設(shè)計(jì) A、設(shè)計(jì) B 等）。

表 1.DAC 設(shè)計(jì)示例的要求

第1步：電壓范圍和基準(zhǔn)電壓測(cè)定

為 DAC 應(yīng)用選擇基準(zhǔn)電壓源時(shí)，首先要考慮的是評(píng)估電源電壓和 DAC 輸出電壓范圍（表 2）。為了簡(jiǎn)化上述設(shè)計(jì)示例，已經(jīng)選擇了DAC，因此它們的輸出增益不是我們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)中需要權(quán)衡的變量。

表 2.DAC設(shè)計(jì)示例的電壓相關(guān)參數(shù)

*為每個(gè)設(shè)計(jì)示例選擇基準(zhǔn)電壓和DAC增益

設(shè)計(jì)A：低成本，精度松散

以設(shè)計(jì)A為例，VDD為5V，輸出范圍為0-2.5V，因此采用2.5V基準(zhǔn)，MAX5304力/檢測(cè)輸出設(shè)置為單位增益（OUT和FB引腳短路）。較低的基準(zhǔn)電壓源可以與較高的外部設(shè)置增益一起使用，但我們選擇為這種低成本設(shè)計(jì)節(jié)省兩個(gè)電阻。

設(shè)計(jì)B：高絕對(duì)精度和精密度

設(shè)計(jì)B示例選擇2.5V基準(zhǔn)，因?yàn)镸AX5170增益固定在1.638，最終輸出電壓范圍為0-4.096V。如果設(shè)計(jì)B需要較低的基準(zhǔn)電壓，可以使用MAX5171 DAC，其輸出力/檢測(cè)增益可通過(guò)外部電阻設(shè)置為高于1.638，如圖4所示。請(qǐng)注意，最小VDD電平為4.95V，因此我們可以使用的最高基準(zhǔn)電壓為4.95V - 1.4V = 3.55V，因?yàn)镈AC基準(zhǔn)輸入限制為（VDD - 1.4V）*。

*此限制適用于本文中提到的所有 DAC。

圖4.設(shè)計(jì) B 基準(zhǔn)選項(xiàng)：（a） 2.5V（選任）、（b） 2.048V、（c） 1.25V。

設(shè)計(jì) C：一次性校準(zhǔn)，低漂移

在Design-C示例中，MAX5154的固定增益為2，因此2.048V基準(zhǔn)在滿(mǎn)量程時(shí)提供4.096V標(biāo)稱(chēng)輸出。該電壓必須超過(guò)我們的4.000V設(shè)計(jì)要求，以便我們可以使用增益校準(zhǔn)將電壓縮小到0V至4V范圍。如果使用MAX5156力/檢測(cè)DAC，該設(shè)計(jì)還具有其他基準(zhǔn)電壓選項(xiàng)。請(qǐng)注意，基準(zhǔn)輸入上限電壓為4.75V - 1.4V = 3.35V。

設(shè)計(jì) D：低電壓、電池供電、中等精度

在設(shè)計(jì)D示例中，最小VDD為2.7V，因此可以使用的最大基準(zhǔn)電壓為2.7V - 1.4V = 1.3V。本例中，1.25V基準(zhǔn)滿(mǎn)足0V至2.048V輸出范圍，MAX5176增益為1.638。重要的是，最差情況下的基準(zhǔn)電壓（包括所有誤差項(xiàng)）應(yīng)保持在1.3V以下，否則將超過(guò)DAC基準(zhǔn)輸入電壓的規(guī)格。

計(jì)算了每個(gè)設(shè)計(jì)示例的近似壓差（表2）。所有這些電壓均遠(yuǎn)高于Maxim基準(zhǔn)電壓源的典型200mV（或更低）壓差。由于大多數(shù)Maxim DAC的基準(zhǔn)電壓上限限制為VDD - 1.4V，因此，如果DAC和基準(zhǔn)電壓源使用相同的正電源軌，則這些設(shè)計(jì)通常可以忽略壓差。壓差是近似值，因?yàn)樗鼈兪窃跊](méi)有任何誤差項(xiàng)（如初始精度）的情況下計(jì)算的，但與典型的壓差電壓相比，這些誤差很小，可以忽略不計(jì)。

第2步：初始基準(zhǔn)電壓器件選擇標(biāo)準(zhǔn)

在為每種設(shè)計(jì)選擇最佳基準(zhǔn)時(shí)，需要考慮許多因素。為了使程序易于管理，將根據(jù)上述確定的基準(zhǔn)電壓、所需初始精度的估計(jì)值、近似的溫度系數(shù)以及所選DAC所需的參考輸出電流來(lái)識(shí)別候選器件（表3）。其他因素，如成本、靜態(tài)電流、封裝和對(duì)其余規(guī)格的快速瀏覽，將用于為每個(gè)設(shè)計(jì)選擇特定的初始器件。其余規(guī)格將在下一節(jié)（步驟3）中進(jìn)行分析，以確定器件是否滿(mǎn)足整體精度要求。

表 3.初始設(shè)備選擇注意事項(xiàng)

*每個(gè)設(shè)計(jì)示例的初始參考選擇

設(shè)計(jì)A：低成本，精度松散

乍一看，MAX6002（0.39美元/2500個(gè)）似乎是設(shè)計(jì)A的不二之選，因?yàn)锳要求低成本和相當(dāng)寬松的精度。但進(jìn)一步觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，MAX6002不是一個(gè)好的選擇。其組合初始精度（1%，10位時(shí)為~10LSB）和溫度系數(shù)誤差（70°C × 100ppm/°C = 7000ppm ~ 7LSB（10位時(shí)）已經(jīng)違反了設(shè)計(jì)A的總體精度要求（17LSB在16位時(shí)超過(guò)10LSB的設(shè)計(jì)要求），即使不包括其他誤差項(xiàng)，如負(fù)載調(diào)整率、噪聲等。MAX6125的精度為1%，其50ppm/°C的溫度系數(shù)使我們處于設(shè)計(jì)A誤差限值（~13.5LSB）之內(nèi)，但其成本（0.95美元/1000個(gè)）對(duì)于本應(yīng)用來(lái)說(shuō)太高了。

MAX6002可用于精度要求進(jìn)一步放寬或采用某種校準(zhǔn)方案的情況，而更昂貴的MAX6125可能可以毫不妥協(xié)地滿(mǎn)足要求。假設(shè)精度要求很高，本例說(shuō)明了DAC設(shè)計(jì)基準(zhǔn)選擇的關(guān)鍵權(quán)衡：初始元件成本（MAX6125）與校準(zhǔn)成本（MAX6002）。

對(duì)Maxim基準(zhǔn)電壓源選擇表的進(jìn)一步研究揭示了設(shè)計(jì)A的更好選擇。如果將總誤差的一半（8位~10.0%時(shí)為8LSB）任意分配給初始精度，將一半分配給溫度系數(shù)（0.8% = 8000ppm/70°C = 114ppm/°C），MAX6102（0.55美元/2500個(gè)，初始精度0.4%，75ppm/°C）表面是最佳選擇。MAX6102可為負(fù)載提供5mA電流，因此能夠驅(qū)動(dòng)MAX5304 DAC的基準(zhǔn)輸入（2.5V/18 kΩ ~ 140μA最大值）。如果在分析其它誤差項(xiàng)時(shí)排除了MAX6102，則可以重新考慮MAX6125作為備用替代方案。

設(shè)計(jì)B：高絕對(duì)精度和精密度

由于設(shè)計(jì)B具有如此具有挑戰(zhàn)性的精度要求，MAX6225和MAX6325埋入式齊納基準(zhǔn)是最初的候選選擇，因?yàn)樗鼈兙哂腥绱说偷臏囟认禂?shù)、出色的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和低噪聲。這些器件還具有非常好的初始精度，但對(duì)于設(shè)計(jì)B來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)沒(méi)有實(shí)際意義的規(guī)格，因?yàn)镈AC和基準(zhǔn)電壓源引起的增益誤差被校準(zhǔn)出來(lái)。MAX6225和MAX6335提供15mA電流，因此驅(qū)動(dòng)MAX5170 DAC基準(zhǔn)輸入（最大2.5V/18k ~ 140μA）不是問(wèn)題。之所以選擇MAX6325，是因?yàn)樗哂形ㄒ坏臏囟认禂?shù)（70°C × 1ppm/°C = 70ppm最大值），低于122ppm的總體精度要求（2LSB @ 14位= 2/214= 2/16384 = 1.22 × 10-4= 122ppm），同時(shí)為其他誤差源留出余量。如果我們稍微放寬設(shè)計(jì)B的精度要求，MAX6225 A級(jí)器件（2ppm/°C最大溫度系數(shù)）將允許我們將基準(zhǔn)成本降低一半以上。

設(shè)計(jì)B示例中采用12V電源，方便使用MAX6325，MAX8需要至少8V的輸入電壓。如果系統(tǒng)中沒(méi)有6166V（或更高）電壓，則可以考慮MAX6192（A級(jí)）或MAX<>（A級(jí)）基于帶隙的基準(zhǔn)，但需要稍微放寬系統(tǒng)規(guī)格。

設(shè)計(jì) C：一次性校準(zhǔn)，低漂移

考慮MAX6162和MAX6191 A級(jí)器件，因?yàn)樗鼈兙哂械蜏囟认禂?shù)（最大值為5ppm/°C），這是滿(mǎn)足設(shè)計(jì)C要求所必需的：

總誤差預(yù)算為 4LSB，12 位 = 4 / 4096 ×106= 977ppm

所需溫度系數(shù) <= 977ppm / （85 - （-40）） °C = 7.8ppm / °C

超出溫度系數(shù)的可用誤差 = 977ppm - 5ppm / °C ×125°C = 352ppm

注意，MAX6162和MAX6191的初始精度均為2mV （977ppm），但對(duì)于2.048V基準(zhǔn)，這不是問(wèn)題，因?yàn)檩敵鲭妷悍秶鷥H為0-4.000V，本設(shè)計(jì)計(jì)劃進(jìn)行增益校準(zhǔn)。MAX6162 （5mA輸出電流驅(qū)動(dòng)）和MAX6191 （500μA輸出電流驅(qū)動(dòng)）均能夠驅(qū)動(dòng)MAX293 DAC基準(zhǔn)引腳連接在一起時(shí)產(chǎn)生的5154μA基準(zhǔn)輸入電流（2.048V/[14kΩ||14kΩ]）;但是，如果將額外的負(fù)載連接到基準(zhǔn)輸出，MAX6162具有更大的裕量。MAX6162的靜態(tài)電流確實(shí)高于MAX6191（120μA，最大值為35μA），但這不是決定性因素，因?yàn)樵O(shè)計(jì)C不受功耗限制。

在查看了初始規(guī)格后，很明顯這兩種設(shè)備都可能是可以接受的。然而，MAX6162因其較高的輸出電流而成為首選。如果進(jìn)一步分析顯示MAX6162略微不能接受，則可以考慮MAX6191，因?yàn)樗哂猩院玫呢?fù)載調(diào)節(jié)、溫度遲滯和長(zhǎng)期穩(wěn)定性規(guī)格。

設(shè)計(jì) D：低電壓、電池供電、中等精度

按照其他示例中使用的方法，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì) D 的總誤差為 3906ppm （106× 16/4096）。在 15°C 至 45°C 的窄溫度范圍內(nèi)，我們可以承受最多 130.2ppm/°C （3906ppm/30°C） 的溫度系數(shù)。使用設(shè)計(jì)A的經(jīng)驗(yàn)法則將大約一半的誤差預(yù)算分配給溫度系數(shù)（<65ppm/°C），合理、保守的基準(zhǔn)選擇是MAX6012（A和B等級(jí)分別為20ppm/°C和30ppm/°C）和MAX6190（A、B和C等級(jí)分別為5ppm/°C、10ppm/°C和25ppm/°C， 分別）?？紤]這些器件是因?yàn)樗鼈兊淖畲箪o態(tài)電流為35μA，適合設(shè)計(jì)D的低功耗需求。

MAX6190價(jià)格（C級(jí)為1.45美元/1000個(gè)）與MAX6012價(jià)格（B級(jí)為1.35美元/2500個(gè)）處于同一范圍。任何一部分都可能在應(yīng)用程序中工作。然而，A級(jí)MAX6012特別有吸引力，因?yàn)樗捎肧OT23-3封裝，非常適合小型電池供電的便攜式儀器。

快速檢查A級(jí)MAX6012，溫度相關(guān)誤差為600ppm（30°C×20ppm/°C）。3200ppm （0.32%） 的初始誤差也需要考慮，因?yàn)榇嗽O(shè)計(jì)沒(méi)有計(jì)劃進(jìn)行修整。這兩個(gè)誤差的總和為3800ppm，超出可能的3906ppm設(shè)計(jì)限值。在這種邊緣情況下，下一節(jié)（步驟3）中考慮的其他一些規(guī)格，例如負(fù)載調(diào)整率，溫度遲滯，甚至線(xiàn)路調(diào)節(jié)（由于電池電壓的變化），可能會(huì)使我們超過(guò)3906ppm。由于MAX6012可能不夠用，我們將放棄SOT23-3封裝，選擇A級(jí)MAX6190作為起點(diǎn)，因?yàn)樗某跏颊`差為1600ppm和5ppm/°C，為其他誤差項(xiàng)留下了足夠的空間?；鶞?zhǔn)輸出電流不是本設(shè)計(jì)的問(wèn)題，因?yàn)镸AX6190可以提供500μA （>>69μA設(shè)計(jì)要求）。

第 3 步：最終規(guī)格審查和誤差預(yù)算分析

隨著基準(zhǔn)電壓源的初步選擇和備用IC的到位，現(xiàn)在是時(shí)候驗(yàn)證其余規(guī)格了，包括基準(zhǔn)負(fù)載調(diào)節(jié)、輸入線(xiàn)路調(diào)節(jié)、輸出電壓溫度遲滯、輸出電壓長(zhǎng)期穩(wěn)定性和輸出噪聲電壓。分析還需要每種設(shè)計(jì)的關(guān)鍵系統(tǒng)級(jí)和DAC規(guī)格（表4）。

表 4.最終分析的重要規(guī)格

對(duì)每個(gè)示例進(jìn)行分析，重點(diǎn)關(guān)注適用于該特定設(shè)計(jì)的規(guī)格。該分析的結(jié)果以及上一節(jié)的結(jié)果匯總在表5的誤差預(yù)算中。

以ppm為單位進(jìn)行誤差預(yù)算核算是最方便的，盡管這可以等效地以其他單位（如%，mV或LSB）完成。應(yīng)用適當(dāng)?shù)目s放比例并使用適當(dāng)?shù)囊?guī)范化因子來(lái)獲取正確的錯(cuò)誤值非常重要?；鶞?zhǔn)誤差項(xiàng)可以相對(duì)于基準(zhǔn)電壓或DAC輸出電壓等效計(jì)算。例如，如果我們假設(shè)基準(zhǔn)誤差為2.5mV（噪聲、漂移等），基準(zhǔn)電壓為2.5V，則得到以下結(jié)果：

基準(zhǔn)輸出誤差 = 106× 2.5mV / 2.5V = 1000ppm

如果我們假設(shè)DAC輸出放大器的增益為2.0，則誤差和基準(zhǔn)電壓都會(huì)縮放，因此我們?cè)贒AC輸出（5V滿(mǎn)量程范圍）得到相同的結(jié)果：

DAC 輸出誤差 = 106× （2.5mV × 2） / （2.5V × 2） = 1000ppm

表 5.誤差預(yù)算分析

設(shè)計(jì)A：低成本，精度松散

設(shè)計(jì)A沒(méi)有校準(zhǔn)或調(diào)整計(jì)劃，因此MAX6102的4000ppm（或0.4%）初始誤差直接成為預(yù)算的一部分，5250ppm的基準(zhǔn)溫度系數(shù)（70°C×75ppm/°C）也是如此。MAX6102的典型輸出電壓溫度遲滯規(guī)格也直接用于誤差預(yù)算（請(qǐng)記住，如果我們的設(shè)計(jì)精度較低，這是一個(gè)典型值）。為了保證輸出電壓的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，我們假設(shè)MAX6102 1000小時(shí)規(guī)格（2 × 50ppm = 100ppm）的兩倍，這是相當(dāng)保守的，因?yàn)橥ǔＴ谇?000小時(shí)后會(huì)好得多。這里的保守估計(jì)至少部分抵消了用于溫度遲滯的典型規(guī)格。

為了計(jì)算負(fù)載調(diào)整率引起的基準(zhǔn)電壓變化，我們需要知道基準(zhǔn)電壓源向DAC基準(zhǔn)輸入供電的最壞情況范圍。在步驟2中，我們確定了MAX6102必須驅(qū)動(dòng)的最大DAC基準(zhǔn)電流：140μA。最小電流接近0，因?yàn)楫?dāng)DAC代碼值為5304時(shí)，MAX0基準(zhǔn)輸入實(shí)際上是開(kāi)路（幾GΩ輸入阻抗）。這意味著MAX6102看到的總輸出電流變化為140μA，該值應(yīng)用于負(fù)載調(diào)整率計(jì)算：

一般來(lái)說(shuō)，最好保守一點(diǎn)，直接使用最大輸出電流進(jìn)行負(fù)載調(diào)整計(jì)算。一個(gè)例外情況是，如果您嘗試從設(shè)計(jì)中提取最后一位精度，并且最大和最小DAC基準(zhǔn)輸入電阻值都已明確指定。由于ΔI較小，這種方法導(dǎo)致較小的負(fù)載調(diào)整誤差裁判.

由于本例中電源是可變的，因此需要考慮輸入線(xiàn)路調(diào)整率對(duì)MAX6102基準(zhǔn)的影響。電源電壓范圍額定為 4.5V 至 5.5V。由此，可以進(jìn)行保守的基準(zhǔn)電壓線(xiàn)路調(diào)整率計(jì)算：

要考慮的最終基準(zhǔn)電壓相關(guān)誤差項(xiàng)是基準(zhǔn)輸出噪聲電壓的影響。方便的是，設(shè)計(jì)A的信號(hào)帶寬（10Hz至10kHz）與MAX6102噪聲電壓帶寬完全一致，因此寬帶噪聲電壓規(guī)格為30μV有效值直接使用（即不需要帶寬擴(kuò)展）。比較負(fù)載和線(xiàn)路調(diào)整率值（分別為126μV和300μV），我們可以看到噪聲不是該設(shè)計(jì)的主要貢獻(xiàn)因素。使用粗略近似值得到誤差分析的數(shù)字，我們可以假設(shè)有效峰值噪聲值為~42μV （30μV ×√2），對(duì)應(yīng)于17ppm （106× 42μV/2.5V），DAC 增益為 1。我們?cè)谶@里有目的地試圖保持噪聲計(jì)算簡(jiǎn)單;如果噪聲的相對(duì)誤差較大或設(shè)計(jì)很小，則可以執(zhí)行更詳細(xì)的分析。請(qǐng)記住，在判斷設(shè)計(jì)裕量時(shí)，噪聲被指定為典型值。

現(xiàn)在，我們將回顧影響碼范圍上限或接近碼范圍上限精度的相關(guān)MAX5304 DAC規(guī)格。DAC INL值為±4LSB（10位）。將其視為單側(cè)量，就像我們分析中的其他誤差項(xiàng)一樣，我們得出的值為 3906ppm （106× 4/1024）。同樣，DAC增益誤差指定為±2LSB，誤差為1953ppm （106× 2/1024）。最終要考慮的MAX5304 DAC規(guī)格是增益-誤差溫度系數(shù)，其典型誤差為70ppm （70°C × 1ppm/°C）。MAX5304沒(méi)有指定DAC輸出噪聲，因此被忽略，在6位精度系統(tǒng)中很可能不會(huì)產(chǎn)生不良后果。

當(dāng)所有誤差源加在一起時(shí)，我們得到的最壞情況誤差為15596ppm，勉強(qiáng)滿(mǎn)足我們的目標(biāo)誤差規(guī)格15625ppm。當(dāng)面對(duì)這種邊緣情況時(shí)，我們可以合理化，我們可能永遠(yuǎn)不會(huì)看到如此嚴(yán)重的誤差，因?yàn)樗僭O(shè)大多數(shù)參數(shù)處于最壞情況。和方根 （RSS） 方法給出的誤差為 7917ppm，如果誤差不相關(guān)，則誤差有效。一些錯(cuò)誤源可能是相關(guān)的，所以真相可能介于這兩個(gè)數(shù)字之間。但無(wú)論采用哪種方法，設(shè)計(jì)A的要求都得到了滿(mǎn)足。

設(shè)計(jì)B：高精度和精密度

A級(jí)MAX6225的初始誤差為0.04%或400ppm，超過(guò)了設(shè)計(jì)B的全部122ppm誤差預(yù)算。由于該應(yīng)用具有增益校準(zhǔn)功能，因此假設(shè)校準(zhǔn)設(shè)備具有足夠的（~1μV）精度和調(diào)整電路具有足夠的精度，則幾乎所有基準(zhǔn)初始誤差都可以消除。溫度系數(shù)貢獻(xiàn)計(jì)算為70ppm（70°C×1ppm/°C），直接使用20ppm的典型溫度滯后值。還使用了30ppm的長(zhǎng)期穩(wěn)定性規(guī)格，而不是更保守的數(shù)字，因?yàn)榇藨?yīng)用中的儀器具有初始老化和年度校準(zhǔn)。

應(yīng)用與設(shè)計(jì)A相同的假設(shè)，我們發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)B的基準(zhǔn)輸出電流變化為140μA（巧合的是，與設(shè)計(jì)A中的數(shù)字相同）。這會(huì)導(dǎo)致以下負(fù)載調(diào)整率誤差計(jì)算：

負(fù)載調(diào)整誤差 = 140μA × 6ppm / mA ~= 1ppm （最大值）

在本應(yīng)用中，電源被指定為恒定，因此假定線(xiàn)路調(diào)整率為0ppm。注意，即使電源不是恒定的，只要保持在規(guī)定的1.4V至95.5V范圍內(nèi)，它也會(huì)<05ppm，因?yàn)镸AX6325線(xiàn)路調(diào)節(jié)規(guī)格最大為7ppm/V。

由于設(shè)計(jì)B的帶寬規(guī)定為DC至1kHz，因此我們需要考慮1.5μVp-p低頻（1/f）噪聲和2.8μV噪聲。有效值寬帶噪聲的額定范圍分別為0.1Hz至10Hz和10Hz至1kHz。使用與設(shè)計(jì)A相同的粗有效值進(jìn)行峰值近似，并將兩個(gè)峰值噪聲項(xiàng)相加，我們得到參考輸出端（[[2.0μV + 75.2μV）處的總噪聲估計(jì)值為8ppm有效值× √2]/2.5V] × 106).請(qǐng)注意，這與我們?cè)贒AC輸出端計(jì)算時(shí)獲得的值相同，因?yàn)楣綄⒊艘?.638/1.638，將所有值重新調(diào)整為4.096V。值得一提的是，這里使用的峰值噪聲和方法相當(dāng)保守，但總誤差貢獻(xiàn)仍然相對(duì)較小。RSS方法可能更準(zhǔn)確，因?yàn)閮蓚€(gè)噪聲源很可能不相關(guān)，但與峰值方法相比，這個(gè)較小的值將更加“在噪聲中”（雙關(guān)語(yǔ)）。

設(shè)計(jì)B分析所剩無(wú)幾的就是包括DAC誤差項(xiàng)。A級(jí)MAX5170 DAC的INL額定值為±1LSB，為61ppm，正好是我們122位時(shí)2ppm誤差預(yù)算±14LSB的一半。DAC增益誤差指定為±8LSB最差情況，但通過(guò)前面提到的增益校準(zhǔn)可以完全消除該誤差。校準(zhǔn)工作原理如下：DAC設(shè)置為已知理想輸出電壓的數(shù)字代碼（例如，十進(jìn)制DAC代碼16380應(yīng)在輸出端精確產(chǎn)生4.095V）。然后調(diào)整基準(zhǔn)電壓，直到DAC輸出電壓達(dá)到該精確值，即使基準(zhǔn)電壓本身不是2.500V。MAX5170 DAC未列出增益溫度系數(shù)，但增益誤差在工作溫度范圍內(nèi)有規(guī)定。由于增益誤差僅在一個(gè)溫度下校準(zhǔn)，因此應(yīng)測(cè)試設(shè)計(jì)B，以確保增益不會(huì)隨溫度過(guò)度漂移。最后考慮的是MAX5170 DAC輸出噪聲，其典型峰值噪聲大致估計(jì)為1ppm （[106× √（1000Hz × π/2） × 80nV有效值/√赫茲 × √2]/4.096V）。

最后，最終的最壞情況精度為184ppm（3位時(shí)~±14LSB），這不太符合我們122ppm的精度目標(biāo)，而RSS精度在100ppm時(shí)是可以接受的。基于這些數(shù)字，我們認(rèn)為該設(shè)計(jì)是成功的，因?yàn)樗呀?jīng)說(shuō)明了要點(diǎn)，并且通過(guò)幾個(gè)保守的假設(shè)接近目標(biāo)精度。在實(shí)際應(yīng)用中，這種設(shè)計(jì)可以按原樣接受，或者精度要求可以稍微放寬?；蛘撸绻@種設(shè)計(jì)不可接受，可以使用更昂貴的參考。

設(shè)計(jì) C：一次性校準(zhǔn)，低漂移

A級(jí)MAX6162的初始誤差為0.1%，消耗了977ppm的整個(gè)設(shè)計(jì)C誤差預(yù)算。但是，與設(shè)計(jì)B一樣，這是（至少部分）校準(zhǔn)的。注意，未校準(zhǔn)的+4.096V MAX5154 DAC滿(mǎn)量程輸出電壓超過(guò)所需的+4.000V輸出范圍，即使只需要±1mV的精度，DAC的分辨率也為4mV。因此，可以對(duì)DAC輸入數(shù)字代碼進(jìn)行“數(shù)字校準(zhǔn)”，以消除基準(zhǔn)電壓源的一些初始誤差和DAC的增益誤差。

數(shù)字增益校準(zhǔn)最好通過(guò)一個(gè)例子來(lái)演示：假設(shè)DAC輸出電壓需要處于4.000V的滿(mǎn)量程值，但由于系統(tǒng)中的各種誤差，理想的十進(jìn)制DAC代碼4000導(dǎo)致測(cè)量輸出僅為3.997V。使用數(shù)字校準(zhǔn)，將校正值添加到DAC代碼中以產(chǎn)生所需的結(jié)果。在本例中，當(dāng)需要4.000V的DAC輸出電壓時(shí)，使用校正后的DAC代碼4003而不是4000。該增益校準(zhǔn)在DAC代碼上線(xiàn)性縮放，因此對(duì)較低代碼的影響很小，對(duì)較高代碼的影響更大。

數(shù)字增益校準(zhǔn)精度受到DAC的12位分辨率的限制，因此我們所能期望的最佳值是~±1mV或244ppm（106× 1mV/4.096V）的誤差，在應(yīng)用校準(zhǔn)后。請(qǐng)注意，本例中精度以4.096V標(biāo)度計(jì)算，以保持一致性，但如果應(yīng)用需要，可以相對(duì)于+4.000V輸出范圍計(jì)算，誤差會(huì)略高。

如果本例中所需的輸出范圍為4.096V，則還有其他選項(xiàng)可用于始終將未校準(zhǔn)的DAC輸出電壓偏置至4.096V以上，以便采用本例中描述的數(shù)字增益校準(zhǔn)方案。此類(lèi)選項(xiàng)包括：

使用輸出始終高于 4.096V 的可調(diào)基準(zhǔn) 當(dāng)考慮所有電路容差時(shí)

使用增益設(shè)置略高于所需值的力/檢測(cè)DAC

添加帶增益的輸出緩沖器

MAX6162基準(zhǔn)溫度系數(shù)誤差計(jì)算為625ppm （125°C × 5ppm/°C），直接使用80ppm的典型溫度遲滯值。長(zhǎng)期穩(wěn)定性規(guī)格加倍至更保守的160ppm，因?yàn)闆](méi)有為應(yīng)用指定老化，并且在出廠后永遠(yuǎn)不會(huì)進(jìn)行校準(zhǔn)。

我們發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)C的最差情況基準(zhǔn)輸出電流變化為293μA （2.5V/[14kΩ||14kΩ]，請(qǐng)記住有兩個(gè)由基準(zhǔn)電壓源驅(qū)動(dòng)的DAC），直接用于負(fù)載調(diào)整率計(jì)算：

由于基準(zhǔn)負(fù)載調(diào)整率與基準(zhǔn)輸出電壓成正比，因此可以在基準(zhǔn)電壓 （264μV/2.048V） 或 DAC 輸出 （（2 × 264μV）/（2 × 2.048V）下計(jì)算。

在此應(yīng)用中，電源是恒定的，因此假定線(xiàn)路調(diào)整率為0ppm。當(dāng)設(shè)計(jì)C的帶寬指定為0.1Hz至10Hz時(shí)，我們使用22μVp-p低頻（1/f）噪聲規(guī)格（峰值）的一半，以達(dá)到基準(zhǔn)輸出（56× （22μV/2）/2.048V））。如前所述，如果以DAC輸出為基準(zhǔn)，我們會(huì)得到相同的5ppm答案，因?yàn)榉匠讨皇浅艘?.0/2.0。

繼續(xù)討論MAX5154 DAC誤差，A級(jí)INL為±0.5LSB，在122位標(biāo)度上為12ppm。DAC增益誤差為±3LSB（244ppm），但忽略了它，因?yàn)樗呀?jīng)在此步驟前面提到的數(shù)字基準(zhǔn)電壓源/DAC增益校準(zhǔn)中考慮在內(nèi)，我們不想重復(fù)計(jì)算。MAX5154增益誤差溫度系數(shù)的典型值為4ppm/°C，總增益為500ppm （125°C × 4ppm/°C）。MAX5154沒(méi)有指定DAC輸出噪聲，因此忽略不計(jì)。我們認(rèn)識(shí)到這可能會(huì)帶來(lái)問(wèn)題，但我們?cè)谠O(shè)計(jì)B方面的經(jīng)驗(yàn)表明，DAC噪聲通常是總誤差的一個(gè)相對(duì)較小的貢獻(xiàn)因素?？梢赃M(jìn)行測(cè)量以確認(rèn)此假設(shè)。

設(shè)計(jì)C的最壞情況誤差計(jì)算為1865ppm，RSS誤差為874ppm。當(dāng)目標(biāo)誤差規(guī)格為977ppm時(shí)，目前的設(shè)計(jì)充其量只能勉強(qiáng)接受，特別是考慮到使用了某些典型值，并且沒(méi)有考慮DAC輸出噪聲。設(shè)計(jì)C的細(xì)節(jié)不會(huì)在這里重復(fù)，因?yàn)橐c(diǎn)已經(jīng)涵蓋了。但是，一些改進(jìn)選項(xiàng)如下：

使用MAX6191代替MAX6162，因?yàn)樗哂懈玫呢?fù)載調(diào)節(jié)（0.55μV/μA對(duì)0.9mV/mA）、溫度遲滯（75ppm對(duì)80ppm）和長(zhǎng)期穩(wěn)定性（50ppm對(duì)80ppm）。最終結(jié)果將是1750ppm的最壞情況誤差和858ppm的RSS誤差，分別是115ppm和16ppm的凈變化。這是一個(gè)輕微的改進(jìn)，但可能還不夠。

重新檢查整體系統(tǒng)精度規(guī)格，以確定是否可以放寬任何參數(shù)。就精度與成本而言，現(xiàn)有設(shè)計(jì)可能是最佳選擇。

如果不需要整個(gè)擴(kuò)展范圍，請(qǐng)減小溫度范圍。例如，如果范圍可以從-40°C至+85°C降至-10°C至+75°C，則最差情況誤差降至1505ppm，RSS誤差變?yōu)?48ppm。這是因?yàn)榇蟛糠终`差預(yù)算由基準(zhǔn)溫度系數(shù)（625ppm）和DAC增益誤差溫度系數(shù)（500ppm）消耗。雖然這些誤差項(xiàng)中只有一個(gè)低于977ppm的目標(biāo)，但與MAX5154/MAX6162的原始設(shè)計(jì)相比，舒適度大大提高。

如果提供8V或更高的電源，可將MAX6241 4.096V基準(zhǔn)和MAX5156 DAC（MAX5154的力/檢測(cè)版本）設(shè)置為單位增益。這種組合稍微昂貴一些，但它產(chǎn)生的最壞情況誤差約為 956ppm，RSS 誤差為 576ppm，兩者都低于 977ppm 的總誤差目標(biāo)。

考慮其他典型增益溫度系數(shù)低至1ppm/°C的DAC。

設(shè)計(jì) D：低電壓、電池供電、中等精度

設(shè)計(jì)D沒(méi)有校準(zhǔn)或調(diào)整計(jì)劃，因此A級(jí)MAX6190初始誤差為1600ppm （106×2mV/1.25V）直接用于誤差預(yù)算，溫度系數(shù)誤差為150ppm（30°C×5ppm/°C）。75ppm的溫度遲滯也直接使用，但使用這種典型規(guī)格的風(fēng)險(xiǎn)至少部分被降低的工作溫度范圍（15°C至45°C）所抵消。同樣，作為漂移的保守估計(jì)，1000小時(shí)長(zhǎng)期穩(wěn)定性加倍至100ppm，因?yàn)樵搼?yīng)用中沒(méi)有老化。

負(fù)載調(diào)整誤差再次根據(jù)假設(shè)的最差情況MAX5176 DAC輸入電流69μA計(jì)算得出：

本設(shè)計(jì)中的電源在2.7V至3.6V之間變化，因此分析中必須包括MAX6190的線(xiàn)路調(diào)節(jié)規(guī)格為80μV/V （最大值）：

與設(shè)計(jì)C一樣，設(shè)計(jì)D的帶寬指定為0.1Hz至10Hz，因此我們使用25μVp-p低頻（1/f）噪聲規(guī)格的一半來(lái)達(dá)到基準(zhǔn)輸出端10ppm的峰值噪聲貢獻(xiàn)（106× [12.5μV/1.25V]）。我們期望DAC輸出端具有相同的10ppm基準(zhǔn)電壓源感應(yīng)噪聲項(xiàng)，因?yàn)榛鶞?zhǔn)電壓和噪聲的DAC增益相同。

現(xiàn)在關(guān)注MAX5176 DAC誤差項(xiàng)，A級(jí)INL為±2LSB，在488位標(biāo)度上為12ppm。在8kΩ負(fù)載下，DAC最差情況增益誤差為+/-5LSB，在1953位時(shí)轉(zhuǎn)換為12ppm。與設(shè)計(jì)B中的MAX5170一樣，MAX5176沒(méi)有規(guī)定增益誤差溫度系數(shù)。這在設(shè)計(jì)D中不是問(wèn)題，因?yàn)樗皇窃谝粋€(gè)溫度下校準(zhǔn)的低漂移設(shè)計(jì)，并且在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)指定了最大DAC增益誤差。最后一個(gè)考慮因素是MAX5176的DAC輸出噪聲，其估計(jì)的典型峰值可以忽略不計(jì)（[106× （√10Hz × π/2） × 80nV有效值/√Hz × √2]/2.048V） ~ = 0.22ppm）。

與設(shè)計(jì)B和C一樣，最壞情況下的誤差為4462ppm，超過(guò)了3906ppm的目標(biāo)誤差，而2580ppm的RSS誤差遠(yuǎn)低于目標(biāo)誤差。基于這些數(shù)字，設(shè)計(jì)D被認(rèn)為是成功的，因?yàn)樗鼜腞SS的角度輕松滿(mǎn)足了要求，并展示了重要的設(shè)計(jì)概念。如果需要進(jìn)一步改進(jìn)，應(yīng)首先考慮替代DAC，因?yàn)镸AX6190是目前最好的低功耗電壓基準(zhǔn)，輸出低于1.3V（由VDD - DAC基準(zhǔn)輸入的1.4V限制引起）和低靜態(tài)電流（35μA）。

DAC 電壓參考設(shè)計(jì)摘要

本文演示了DAC基準(zhǔn)電壓源選擇的設(shè)計(jì)過(guò)程，包括以下步驟：

第 1 步。電壓范圍和基準(zhǔn)電壓確定：電源電壓和DAC輸出電壓范圍用于確定可行的基準(zhǔn)電壓和DAC增益選項(xiàng)。

第 2 步。初始基準(zhǔn)電壓器件選擇標(biāo)準(zhǔn)：考慮候選基準(zhǔn)電壓源，重點(diǎn)關(guān)注基準(zhǔn)電壓（在步驟1中確定）、初始精度、溫度系數(shù)和基準(zhǔn)輸出電流。從這些候選設(shè)備中，選擇了初始設(shè)備。

第 3 步。最終規(guī)格審查和誤差預(yù)算分析：使用誤差預(yù)算方法評(píng)估所選的基準(zhǔn)電壓源和DAC候選電壓源，以確定它們是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的整體精度要求。為了滿(mǎn)足設(shè)計(jì)目標(biāo)，可能需要在步驟 2 和 3 之間進(jìn)行迭代。

遵循上述設(shè)計(jì)程序時(shí)，可以方便地進(jìn)行以ppm為單位的誤差分析，并了解它與其他系統(tǒng)精度和誤差測(cè)量之間的關(guān)系（表6）。

表 6.精度和誤差范圍

下表顯示了現(xiàn)有的Maxim三端串聯(lián)基準(zhǔn)電壓源，以及設(shè)計(jì)過(guò)程中的規(guī)格。導(dǎo)致誤差的規(guī)格以ppm表示，以簡(jiǎn)化計(jì)算，并允許在基準(zhǔn)電壓源之間進(jìn)行同類(lèi)比較。表3顯示了1V及以下（2.1V、25.2V、048.2V、5.3V和0.7V）的基準(zhǔn)電壓源，表3中的可調(diào)基準(zhǔn)電壓源包括4V以上基準(zhǔn)（096.4V、5.5V、10V、8V）。為方便起見(jiàn)，兩個(gè)表中的器件都按基準(zhǔn)電壓分組在一起，并大致按價(jià)格上漲的順序列出。

表 7.Maxim系列基準(zhǔn)電壓源和主要規(guī)格 （VREF <= 3.0V）

LF = 低頻

HF = 高頻

N/S = 未指定

表 8.Maxim系列基準(zhǔn)電壓源和主要規(guī)格（VREF > 3.0V和調(diào)整）

LF = 低頻

HF = 高頻

N/S = 未指定

一些基準(zhǔn)電壓源可作為具有不同輸出基準(zhǔn)電壓的一系列器件提供。需要注意的是，在給定的系列中，對(duì)于輸出電壓增加的器件，數(shù)據(jù)手冊(cè)中的某些規(guī)格可能會(huì)變得更糟。但是，當(dāng)這些規(guī)格相對(duì)于基準(zhǔn)電壓來(lái)看時(shí)，它們可以保持恒定，甚至隨著電壓的增加而改善。一個(gè)例子是輸出噪聲電壓，由于放大~1.25V帶隙電壓需要更高的內(nèi)部基準(zhǔn)增益，因此輸出噪聲電壓通常隨輸出電壓的增加而增加。雖然噪聲電壓較高，但基準(zhǔn)電壓也成比例較高;因此，相對(duì)噪聲測(cè)量值（例如上表中的ppm結(jié)果）大致恒定。另一個(gè)例子是負(fù)載和線(xiàn)路調(diào)整率規(guī)格（分別為μV/μA和μV/V），這些規(guī)格的絕對(duì)值通常會(huì)隨著輸出電壓的增加而惡化。當(dāng)相對(duì)于基準(zhǔn)電壓（以ppm/μA和ppm/V為單位）時(shí)，這些規(guī)格通常保持不變，或者隨著輸出電壓的增加而實(shí)際改善。

要點(diǎn)

這些是本文的要點(diǎn)：

系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員通常有多種基準(zhǔn)電壓和DAC增益選擇，以滿(mǎn)足給定的DAC輸出電壓范圍。

考慮所有誤差源，而不僅僅是初始誤差（這在某些設(shè)計(jì)中很重要，但對(duì)其他設(shè)計(jì)（例如增益校準(zhǔn)設(shè)計(jì)）并不重要）。

基準(zhǔn)電壓源和DAC溫度系數(shù)可能是導(dǎo)致誤差的主要因素。檢查實(shí)際所需的工作溫度范圍，因?yàn)檩p微的降低可以顯著降低這些參數(shù)的誤差貢獻(xiàn)。

一個(gè)常見(jiàn)的權(quán)衡是，與產(chǎn)品制造中的修整成本相比，具有嚴(yán)格初始精度的參考價(jià)格更高。

在選擇不必要的、更昂貴的組件或重新設(shè)計(jì)性能有限的設(shè)計(jì)之前，請(qǐng)仔細(xì)檢查精度要求以確保它們是正確的。實(shí)現(xiàn)高水平的絕對(duì)精度通常非常困難（且昂貴），尤其是在 12 位及以上時(shí)。

最壞情況或RSS分析可用于量化誤差，但最終由設(shè)計(jì)人員確定給定的設(shè)計(jì)是否足夠準(zhǔn)確。

審核編輯：郭婷