在选择电压基准时首先要考虑的是输出电压和初始精度。然而，经常被忽视的是在特定应用中可能具有重要意义的各种其他数据表参数。此外，在评估数据转换器(ADC或DAC)和参考电压时，一定要考虑误差预算。(参见应用说明4300，“计算精确数模转换器(DAC)应用中的误差预算”。)

下面对参考电压基础知识的讨论将帮助您更好地理解常见的参考电压类型以及与最常见的参考电压拓扑(双端分流和三端串联设计)相关的性能参数。(关于在串联电压基准和并联电压基准之间进行选择的指导，参见应用说明4003，“串联电压基准还是并联电压基准?”和应用说明2879，“选择最佳参考电压。”)

参考电压的常用类型

有三种常见的电压参考:充电电容、齐纳和带隙。由于电离引起的不稳定性，充电电容器很少使用(特别是在安全应用中)。机场、医院和运输安全中的α、β、γ和宇宙射线或普通x射线都对电容器放电(通常每次放电对电容器产生7mV的变化)。

齐纳电压是第二种常见的基准电压，用于雪崩模式。大多数雪崩模式齐纳器使用在它们最稳定的地方(即，在一个尖锐的膝盖)，高于大约5.5V取决于半导体工艺。真正的齐纳器在较低电压下工作是因为量子力学隧道效应。大多数齐纳噪声问题是由于模具表面上的相关杂质引起的，通过将齐纳埋在模具表面内部或下方，可以克服埋入齐纳的问题。

最常见的基准电压使用带隙。这是两个具有不同电流密度和不同温度系数的晶体管结的巧妙使用。两个温度系数相反的电压相互相减，得到一条几乎平坦的温度曲线。(对于带隙计算器(即PC模拟器)和概述理解操作参数所需的设计步骤的手册，请参阅应用说明5062，“带隙参考计算器教程”。)

串联和分流参考可以使用上述任何一种技术。的附录比较这些不同技术的串联和分流配置。

双端分流基准

顾名思义，并联基准与其负载并联工作(图1)。它可以被视为电压控制的电流汇，其中控制电压施加于其输入端。在没有负载的情况下，分流基准吸收刚好足够的电流，使得R1上的压降产生所需的输出电压(V(IN) - I(REF)R1 = V(REF))。例如，如果V(IN) = 6.0V，而期望的V(REF)为5.0V，则参考I(REF)在R1上产生1.0V的压降。然后，参考电路根据需要进行I(REF)调整，以在其输入端保持5.0V。

现在对引用应用加载。I(REF)不再等于I(R1)，因为负载电流(I(L))产生了R1上的部分电压降。基准自动减少其吸收电流I(L)的量。因此，通过R1的总电流不变(即I(REF) + I(L)等于原来的I(R1))。I(R1)在引用和负载之间分流，因此称为“分流引用”。并联基准通过调整其吸收电流来对抗负载电流的变化，从而调节输出电压。

三端子系列参考

串联基准与其负载串联工作(图2)。它可以被视为一个压控电阻，其中V(OUT)控制基准输入和输出端之间的内阻。串联基准通过在其输入和输出之间产生电压降来调节;压降等于负载电流和被控制的内阻的乘积。在没有负载的情况下，系列基准通过内阻(R)产生少量电流(I(Q))，从而在输入和输出之间降低电压，以产生正确的V(OUT)。

随着负载电流的增加，基准通过根据需要改变R来维持所需的输出电压，从而在输入和输出之间产生正确的压降。应用欧姆定律，人们注意到，为了保持输入和输出之间的恒定下降，R必须随着I(OUT)的增加而减小。

参考参数测量单位

指定参数(如精度)的单位因制造商而异。为了指定精度，常用的单位包括满量程百分比(%)，百万分率(ppm)，分贝(dB)和电压(V)或微伏(µV)。所有这些都是可以接受的，但是为了进行“苹果对苹果”的比较，你必须能够将一个单位转换为任何其他单位。下面将澄清这些关系。

图3中的精度计算器可以帮助设计和分析参考电压和数据转换器应用电路。它计算了理想数据转换器的直流精度，包括数字转换器(adc)和数字转换器(dac)。数据转换器的直流精度是对其与理想线性传递函数的最大偏差的度量。虽然惠普 50g手持计算器是一个方便的工具，但也有一个免费的模拟器，可以在许多使用Windows 操作系统的计算机上运行。有关精度计算器的更多信息，包括免费的模拟器，请参阅史蒂夫的设计计算器。

满量程准确度百分比

说明参考精度的最常用方法是标称值的百分之一，这甚至不是一个单位。它可能遵循表示电阻、电容和电感公差的惯例。典型的参考百分比精度规格为1%、1.5%、2%、5%等。虽然百分比准确度对于比较一个参考电压和另一个参考电压是很好的，但它并不能提供参考电压波动多少的具体信息。真正重要的是电压的变化。

要确定以百分比精度指定的基准的电压偏差，请将基准的标称输出电压乘以百分比精度，然后除以100。例如，精确到±1.5%的2.5V基准，其偏差为:

±(2.5V × 1.5)/100 =±0.0375V，即±37.5mV

由于参考误差可以高于或低于标称，总偏差是该值的两倍，即75mV。总输出电压变化等于标称电压加上或减去误差电压:

2.5v±0.0375v = 2.4625v⇔5375v

了解这些参考电压限制，可以为参考支持的电路提供特定的设计边界。

精度:百万分率

在数据表中发现的另一个参考精度单位是百万分之一，或ppm。该单元通常用于指定在不同条件下变化很小的温度系数和其他参数。对于2.5V基准电压，1ppm是2.5V的百万分之一，即2.5µV。如果参考精确到10ppm以内(对于任何参考都非常好)，其输出公差为:

2.5v × 10/10(-6) = 25µv

将其转换为电压精度:

2.5v±25µv = 2.499975v⇔2.500025v

换算成百分比:

±(25e - 6v) × 100/2.5v =±0.001%

比特精度

使用术语“位”作为单位，如“16位参考”，有点令人困惑。它是否代表了精度的实际测量，或者它是否意味着参考值对于16位ADC来说足够精确?16位参考可以精确到1个LSB或2个LSB，因此对于16位系统来说，它不一定是足够的。然而，引用“精确到16位”是用硬数字指定的。

如果单位是由实际测量指定的，那么“精确到16位”就是参数的值除以以十进制形式表示的声称的位精度。例如，一个2.5V的基准，声称是16位精确的(对任何基准的另一个极其精确的公差)，应该偏离不超过16位的十进制等效:2(16)= 65536。因此，1位是总数的1/65536。此时，2.5/65536≈8µV。如果我们假设1位精度(±1 LSB)，输出电压可以比标称电压高1位或低1位，即±38µV。

转换成电压精度:

2.5v±38µv = 2.499962v⇔2.500038v

换算成百分比:

(±38e - 6v / 2.5v) × 100 =±0.0015%

参考重要的典型参数

最初的准确性不言自明。它是任何微调设置的值。人们可以从货架上取下一个零件，将其连接到自动测试设备(ATE)的测试电路中，并测量输出电压。测量值应在数据表中规定的初始精度公差范围内。本规范通常仅适用于室温，输入电压和负载电流已定义。它为大多数其他规范提供了一个起点。初始精度公差可能会受到封装应力的影响，因此适当控制焊料温度曲线是必不可少的，并且必须将PCB的扭曲保持在最低限度。由于封装应力可能会开始改变货架上未通电的部分，因此初始精度公差可能会有轻微的漂移;参见下面的温度滞后和长期漂移(稳定性)部分。这就是为什么许多行业，尤其是军事行业，要求带有日期编码部件的新产品的使用年限不得超过一定年限的原因之一。

温度系数(tempco)是指由于环境温度或封装温度的变化而导致的参考输出电压的偏差。根据器件结构及其在初始校准期间的输出电压修剪方式，该输出电压偏差可以是正的(随温度升高而增加)或负的(随温度升高而减小)。它几乎从不与温度成线性关系，这有时会导致混淆。例如，当温度从25℃升高到30℃时，输出电压的变化不太可能与温度从65℃升高到70℃时相同，尽管温度升高是相同的。有关如何指定参考温度的重要信息，请参阅应用说明4419，“理解电压参考温度漂移”。

通过y，考虑一个简单的电阻分压器(图4A)。共点电压(V(OUT))是外加电压(V(IN))的一部分，等于两个电阻器值的比值。两个电阻随温度变化的百分比相同，保持恒定的比例，因此V(OUT)也保持恒定。

请注意，流过电阻的电流随温度变化，并且从分压器的公共点(正或负)泄漏的任何电流都会改变V(OUT)(图4B)。在室温下，这种变化通常通过修整其中一个电阻(改变其值)来补偿。但是，如果泄漏电流随温度的变化不同于由于电阻值随温度变化而引起的分压电流的变化，则结果是V(OUT)随温度变化。V(OUT)变化称为温度系数或温度。虽然这简化了参考电路内部更复杂的机制，但它传达了设备时间的概念。

温度滞后是输出电压随温度变化周期的变化。为了测量这一点，以典型应用中的参考操作为例，额定工作温度范围为-40°C至+85°C。记录室温(+25℃)下的输出电压。将参考物冷却至-40°C，然后加热至+85°C，然后再返回至25°C。再次测量并记录输出电压。这些测量的差异，如果有的话，就是温度滞后。注意，将其加热到85°C，冷却到-40°C，然后加热到25°C也是有效的。偏差可以是正的，也可以是负的。经过多次温度循环后，可以推断出参考输出电压可能相差很大。然而，由于温度滞后既有正的，也有负的，一系列温度周期产生的偏差往往会相互抵消，从而产生非常接近标称值的最终平均输出电压。这个参数与模具上的应力有关。热循环使应力趋于平衡。通常经过五个循环后，应力衰减到最小。然而，通过焊接或扭转封装可以重新引入应力。

行监管是由于输入电压变化而引起的输出电压变化的量度。如果输入电压在基准运行时发生变化，例如在电池应用中，这一点很重要。典型的单位是ppm/V和%/V。线路稳压是一个直流参数，通常以直流来指定。线路调节测量两个(或多个)不同直流输入电压下输出电压的变化;如果输入电压变化迅速，如电压瞬态，则没有什么意义。一般来说，线路调节的恶化与线路电压变化的速率成反比。对于可能有线路瞬变的应用，建议使用参考输入电容，以尽量减少由此产生的变化。

负载调整率是由于参考负载电流的变化而引起的输出电压变化的量度。如果参考负载电流在参考工作时发生变化，例如，当参考驱动没有参考缓冲器的阻式阶梯型DAC时，此参数很重要。阶梯阻抗随DAC代码显著变化。同样，负载调节是一个直流参数，通常以直流指定。它测量两个(或更多)不同直流负载电流的输出电压变化，如果负载电流变化迅速，它几乎没有意义。一般来说，负载调节的恶化与负载电流变化的速率成反比。在受负载电流瞬变影响的应用中，建议使用输出电容来稳定输出电压。典型的测量单位是ppm/mA， %/mA和从空载到满载变化的百分比。

长期漂移(稳定性)如果参考必须在数天、数周或数年的连续操作中保持准确，则很重要。它只是测量在一定的稳态运行条件下长时间内输出电压的变化。长期漂移是在一段较长时间内测量最大和最小输出电压偏差，而不是测量“时间a”和“时间b”之间的偏差。所有其他条件(例如，温度，输入电压，负载电流)必须保持恒定，如果该测量要准确地反映参考中的漂移。典型的单位是ppm / 1000小时。

电源电流是自我描述的，但考虑到这些变化。

对于串联参考，术语“空载电流”通常在数据表中指定，并且通常与术语“静态电流”(I(Q))交替使用。因为它指定了一个未加载的参考所绘制的实际电流，所以空载电流并不指定该参考在加载时所绘制的电流。

典型的并联参考资料在数据表中没有指定空载电流。相反，它们通常列出最小工作电流(I(MO))。此参数指定基准必须绘制以保持稳压的最小电流。注意，并联基准必须至少在全负载条件下的最小工作电流。因此，它的串联电阻(R1)必须容纳最大负载电流加上最小工作电流(图5)。在某些应用中，最小工作电流(在某些数据表中称为“调节电流”)被忽略，因为它比负载电流小得多。

接地电流通常为系列引用指定。它测量给定负载下的工作电流。串联基准与负载是串联的，所以对流入参考输入的电流的测量结果是负载电流和工作电流的总和。接地电流通常被测量来确定带负载的串联基准的工作电流。

压差(V(DO))在低压和电池供电的设备中非常重要，并且仅适用于串联参考(在串联参考中，这与上面讨论的I(MO)相同)。输入和输出电压之间的最小差值允许基准保持其指定精度(V(OUT) + V(DO) =最小输入电压)。随着电池放电，电池电压下降。为了最大限度地延长电池的使用寿命，基准必须在由尽可能低的电池电压供电时保持准确的输出电压。因此，较低的降压允许在较低的电池电压下继续工作。密切注意指定降压时的电流。零电流时的压降电压会产生一个人为的低值。这相当于在轨对轨输出接近轨时产生小电流。

负载电容是电容性负载驱动能力的参考，它可以是非常重要的。由于典型的参考文献包含反馈控制，因此它们的稳定性可能会受到容性负载引入的零点的影响。这可以在控制回路中产生一个大的相移，从而在特定频率上产生正反馈。请仔细阅读数据表，了解允许的负载电容范围。有些制造商只在数据表的文本中提到了这个限制，而没有在参数表中提到。

噪音在参考输出中是很明显的，但是它经常被忽略。参考噪声是由集成电路内部的有源和无源器件产生的随机信号，影响其精度。例如，1mV(P-P)输出噪声电压限制初始直流精度不优于1mV。对于1.2V参考电压，仅此噪声水平就将初始精度限制在约0.1%。

参考数据表通常显示两个频段的噪声:低频噪声，范围从0.1Hz到10Hz，并以µV(P-P)指定;和宽带噪声，范围从10Hz到1kHz，以µV(RMS)指定。在两个频带中指定噪声允许电路设计人员区分宽带噪声，他们可以用实用的电容值过滤，而低频噪声，他们不能。此外，如果使用足够大的电容器来过滤低频噪声，那么在输出端放置如此大的电容器时，基准可能不稳定。有关热噪声计算器(即PC模拟器)和概述理解噪声参数所需的设计步骤的手册，请参阅应用说明5059，“热噪声计算器教程”。

交流线路调节通常不在规格表中指定，但它直接影响基准电压的性能。在大多数应用中，基准电源电压存在电压尖峰。这些尖峰往往分布在一个很宽的频率范围内。参考电压的精度与输入电压变化的频率成反比。因为交流线路调节通常没有指定，参考数据表至少应该包含一个图表，显示典型的交流线路调节与频率的关系。该图将表明参考对输入系统噪声的敏感性，并可用于确定所需的输入滤波。随着噪声频率的增加，输入滤波必须进一步降低输入系统噪声，使基准达到其额定精度。

电源抑制比(PSRR)有时在数据表中指定。PSRR通常以dB指定。它是输入电源的输出部分拒绝多少噪声的测量(PSRR = 得尔塔V(CC)/得尔塔V(OUT))。

交流负载调节/输出阻抗是电压基准规格表中经常被省略的另一个重要参数。如果从参考点提取的负载电流不断变化，则此参数很重要。参考的精度通常与负荷变化频率成反比。参考数据表中应包含显示交流负载调节或交流输出阻抗随频率变化的图表。该图应该显示在已知的输出负载变化情况下，为了达到基准电压的额定精度，需要什么样的输出滤波。

线路瞬态响应通常以示波器屏幕截图的形式显示输入电压的阶跃变化以及由此产生的输出电压的变化和校正。此屏幕截图显示在此类事件发生后，引用返回到指定精度的恢复时间。重要的是要注意所使用的输入和输出电容值。这些电容器对基准的性能有巨大的影响。

负载瞬态响应/输出稳定时间通常以示波器屏幕截图的形式显示输出电流的阶跃变化以及由此产生的输出电压的变化和校正。此屏幕截图显示在此类事件发生后，引用返回到指定精度的恢复时间。重要的是要注意所使用的输入和输出电容值。这些电容器对基准的性能有巨大的影响。

开启/关闭设置时间。导通稳定时间是衡量基准输出电压在初始上电后稳定的速度。输出只需要稳定，不一定要达到参考的指定精度。通常，该参数指定的输出电压误差大于指定的精度;它应该总是在参数的条件下给出。该参数高度依赖于所使用的输入和输出电容值以及施加到基准的负载。当它们必须对所有负载电容充电时，参考文献在上电时遇到电流限制并不罕见。关断时间是衡量基准输出电压实际上达到零电压所需时间的简单度量。该参数还高度依赖于所使用的输入和输出电容值以及应用于参考的负载。

输出短路电流是一种保护功能，可以是短接地，也可以是短接输入。当输出引脚短接到GND或IN时，测量输出电流。通常，这是零件在最大热应力下进入的故障状态。在数据表的绝对最大额定值部分中，显示了一个持续时间，以指定部件在此条件下可以工作多长时间。

结论

电压参考常常是匆忙选择的。在做决定之前，设计师会查看价格，数据表上显示的初始精度，通常没有其他内容。在比较引用的时候，一定要用“苹果对苹果”来比较。当评估在多个数据表中列出的规格时，请确保所有规格都以相同的单位表示。确定哪些参数对您的应用程序是重要的，并超越最初的精度规格。

附录

常用的参考电压类型

双端并联(齐纳基准)

齐纳基准是基于大约5V以上的齐纳原理，其中反向偏置二极管中的电流在某个电压阈值处开始流动，然后随着电压的增加而急剧增加(雪崩)。与二极管串联的电阻器建立恒定电流，使齐纳器达到稳定的参考电压。齐纳参考的行为类似于典型的分流或双端参考。它也可以用作电压钳。

三端串联和埋藏(地下)齐纳参考文献

二端和三端系列(带隙)参考文献

对于低于约5V的应用，需要在成本和卓越性能(低噪声操作和精度)之间做出妥协，带隙参考已成为最流行的电压参考之一。它通过从正温度PTAT(与绝对温度成正比)电压中减去正偏基极-发射极结的负温度电压来补偿温度的影响。PTAT电压是通过测量和放大两个正向偏置二极管结之间的电压差而产生的。

有关可用解决方案的更多信息，请参阅Maxim的电压参考资料。