为了使一个信号表示(或被表示)一个数字，需要一个基准，通常是电压，来转换刻度。因此，A/D转换器产生与信号与参考电压之比成比例的数字;D/ a转换器产生的输出是由参考建立的满量程电压或电流的一小部分。如果参考信号产生+1%的误差，它将导致比例系统误差:DAC的输出将增加1%，ADC的数字输出将减少1%。

在需要绝对测量的系统中，系统精度高度依赖于参考的精度。在高分辨率数据采集系统中，特别是那些必须在宽温度范围内工作的系统，高稳定性参考是必须的。任何变换器的精度都受到其基准电压的温度灵敏度和长期漂移的限制。如果允许参考电压的误差只相当于最低有效位的1/2 (1 LSB = 2(-n)的满量程)，那么即使对于很小的温度偏差，参考电压也必须是如此的好，这可能会令人惊讶。当温度变化很大时，参考设计是一个主要问题。

例如，自动校准的真16位A/D转换器的满量程LSB为15.2 ppm。为了使ADC具有16位的绝对精度，整个工作温度范围内的参考电压误差必须小于或等于1/ 2lsb，即7.6 ppm。如果参考漂移为1 ppm/°C，那么(忽略所有其他误差源)总温度摆动不得超过7.6°C，以保持真正的16位精度。另一个经常被忽视的误差来源是参考噪声;保持较低(通常小于1/4 LSB)对于高精度至关重要。参考温度系数的非线性和较大的热滞后是误差的其他来源，可以显著影响整个系统的精度。

参考文献的类型

*齐纳二极管多年来广泛使用的是温度补偿齐纳二极管，它是由器件表面基极-发射极结的反向击穿产生的。齐纳具有恒定的压降，特别是当用于可以从较高的电源电压中提供恒定电流的电路时。齐纳有多种电压选择:从约6 V到200 V，公差为1.0%到20%，功耗从一小瓦特到40或50瓦。然而，它们有许多缺点。它们往往需要额外的电路来获得较低的输出阻抗，低成本器件的电压容限一般较差;它们有噪声，对电流和温度的变化非常敏感，而且它们很容易随时间变化。

埋藏或地下齐纳是精确IC器件的首选参考源。在地下齐纳基准中，反向击穿区域被保护性扩散覆盖，以使其远远低于表面上发现的杂质、机械应力和晶体缺陷。由于这些影响有助于噪声和长期不稳定，埋击穿二极管比表面齐纳二极管噪声更小，更稳定。然而，它需要至少6v的电源，并且必须吸收几百微安才能将噪声保持在实际水平。

*注:参考二极管可使用齐纳和雪崩两种击穿现象。大多数参考二极管采用更高电压的雪崩模式，但都被称为“齐纳”二极管。

带隙另一种流行的电压参考设计技术使用带隙原理:任何硅晶体管的V(be)具有约2 mV/°C的负温度，可以推断出在绝对零度(硅的带隙电压)下约为1.2V。在不同电流密度下工作的匹配晶体管之间的基极-发射极电压差将与绝对温度(PTAT)成正比。该电压加上具有负温度系数的V(be)，将实现恒定带隙电压。该温度不变电压可用作并联连接(AD1580)中的“低压齐纳二极管”。更常见的是，它被放大和缓冲，以产生一个标准电压值，如2.5或5v。带隙基准电压自问世以来已经达到了高度的精细化，得到了广泛的应用;然而，它缺乏当今许多电子系统所要求的精度。实用的带隙参考器件不具有良好的噪声性能，表现出相当大的温度滞后，并且依赖于至少一个片上电阻的绝对值具有长期稳定性。

新原理——XFET 随着使用5v电源的系统的激增以及在3伏及以下运行的需求不断增长，ic和系统的设计人员需要高性能的电压参考，这些电压参考可以从远低于埋地齐纳二极管所需的6v的供电轨道运行。这种器件必须结合低功耗、低噪声和低漂移。同时需要线性温度系数，良好的长期稳定性和低热滞后。为了满足这些需求，我们创建了一种新的参考架构来提供这种非常需要的电压参考。该技术被称为XFET (eXtra implant FET)，提供低噪声参考，需要低电源电流，并提供改善的温度系数线性和低热滞后。

XFET基准的核心由两个结场效应晶体管组成，其中一个有一个额外的通道植入物来提高其引脚电压。由于两个jfet在相同漏极电流下工作，引脚电压的差异被放大并用于形成高度稳定的参考电压。本征参考电压约为500 mV，负温度系数约为120 ppm/K。这个斜率基本上锁定在硅的介电常数上，并通过添加一个与用于补偿带隙参考的比例绝对温度(PTAT)项相同的方式产生的校正项来密切补偿。然而，XFET的本征温度系数比带隙低约30倍。因此，需要的校正要少得多。这往往会导致更少的噪声，因为带隙基准的大部分噪声来自温度补偿电路。温度校正项由电流I(PTAT)提供，它是正的，与绝对温度成正比(图1)。

ADR29x系列是基于XFET架构的不断增长的参考系列中的第一个。它们的供电电压为2.7至15 V，功耗仅为12µA。输出电压选项包括2.048 V (ADR290)、2.5 V (ADR291)、4.096 V (ADR292)和5 V (ADR293)。

新技术的成果:与大多数带隙和齐纳参考电路相比，XFET电路拓扑具有显著的优势。在相同电流下工作时，频率在0.1和10hz之间的XFET基准峰峰噪声电压通常比带隙低3倍(参见REF192和ADR291之间的比较)。另外，带隙基准通常需要在20倍于XFET基准的电源电流下运行，以提供等效的峰峰噪声性能(ADR291与AD680)。在扩展的工业工作温度范围内，XFET基准具有非常平坦或线性的温度系数。最好的带隙和齐纳电压参考通常在极端温度下具有非线性温度系数。这些非线性不是部件之间一致的，因此一个简单的ROM/软件查找表不能用于温度系数校正。温度系数线性度是DVM应用中一个非常重要的指标。XFET的另一个主要优点是其优异的长期稳定性。其漂移小于带隙参考文献的五分之一，与齐纳参考文献相当(见表)。

表1。齐纳、带隙和XFET参考文献的比较

*高档

尽管静态电流低，ADR29x系列能够从低压差PNP输出级向负载提供5 mA;并且不需要输出去耦电容。采用XFET设计的热滞比采用带隙设计的热滞要好得多。当受到100开尔文热冲击时，生产设备表现出约200 μ V的可恢复和非累积位移，而在可比带隙中，位移为500至1000 μ V。在需要精度、稳定性和低功耗的便携式系统中，专有的XFET架构提供的整体性能优势是现有带隙或齐纳参考所无法比拟的。

Application-current源ADR29x系列适用于许多低功耗，低电压的精密参考应用，包括负参考和使用外部低静态轨对轨放大器与开尔文反馈连接的“增强”精度稳压器。低且不敏感的静态电流(超过温度约12±2µA)允许ADR29x系列成员作为精密电流源，在低电源电压下工作。

图2显示了带有接地负载的浮动电流源的基本连接。精确调节的输出电压使电流(V(OUT)/R(SET))流过R(SET)， R(SET)是固定和可调外部电阻的总和。该电流为5ma，加上静态电流，通过R(L)形成负载电流。因此，可预测的电流从12µA到5 mA可以编程流过负载。