全数字转换器(adc)和数字转换器(dac)需要一个参考信号，通常是电压。ADC的数字输出表示输入与基准的比值，DAC的数字输入定义其输出与基准的比值。有些转换器有内置参考，有些需要外部参考，但都必须有某种形式的电压(或电流)参考。

大多数数据转换器的早期应用是在“直流”测量缓慢变化的信号，其中测量的确切时间是不重要的。今天，大多数数据转换器应用于采样数据系统，其中必须处理大量等间隔的样本，并且频谱信息与幅度信息一样重要。在这里，频率或时间基准(“采样时钟”或“重构时钟”)的质量与电压基准的质量相当重要。

电压参考

问:电压基准必须有多好?

答:这取决于系统。当需要进行绝对测量时，精度受已知参考值的精度的限制。然而，在许多系统中，稳定性或可重复性比绝对准确性更重要;在一些采样数据系统中，参考电压的长期精度几乎不重要，但从有噪声的系统电源中提取参考电压可能会引入误差。

单片埋式齐纳参考(例如AD588和AD688)在10 V(0.01%或100 ppm)下的初始精度为1 mV，温度系数为1.5 ppm/°C。它们在12位系统(1 LSB = 244ppm)中使用时足够精确，但在14位或16位系统中则不行。由于初始误差为零，它们可以在有限的温度范围内用于14位和16位系统。(1 LSB = 61 ppm, AD588或AD688的温度变化为40°C)。

为了获得更高的绝对精度，参考物的温度可能需要在恒温控制的烤箱中稳定，并根据标准进行校准。在许多系统中，虽然12位的绝对精度是不必要的，但可能需要12位或更高的分辨率;在这里，可以使用精度较低(成本较低)的带隙参考。

问:你所说的“埋藏齐纳”和“带隙”是什么意思?

这是集成电路中使用的两种最常见的精度基准。

“埋藏”或地下的齐纳更稳定和准确。它由一个具有正确的反向击穿电压值的二极管组成，形成于集成电路芯片的表面以下，然后由保护扩散覆盖以保持击穿低于表面。

硅芯片表面比芯片内部有更多的杂质、机械应力和晶格位错。由于这些因素导致噪声和长期不稳定，埋地击穿二极管比表面二极管噪声更小，更稳定-它是精确IC器件的首选片上参考源。

然而，它的击穿电压通常约为5v或更高，并且必须消耗几百微安才能达到最佳操作，因此该技术不适合必须从低电压和低功耗运行的参考。对于这样的应用，“带隙”参考是首选的。它产生一个具有正温度系数的电压，以补偿晶体管V(be)的负温度系数，保持恒定的“带隙”电压。如图所示电路中，* Q2的发射极面积是Ql的8倍;该对在R1中产生与绝对温度(PTAT)成正比的电流，产生与Q1的V(be)串联的PTAT电压，产生电压V(z)，该电压不随温度变化，可以放大，如图所示。它等于硅带隙电压(外推到绝对零度)。

带隙参考文献的准确性和稳定性略低于最佳埋入式齐纳参考文献，但可以实现优于3 ppm/°C的温度变化。

问:在使用电压参考时，我应该采取什么预防措施?

答:记住良好电路设计的基本要素:当心高阻抗导体的压降、公共接地阻抗的噪声和未充分解耦的供电轨道的噪声。考虑参考电流的流动方向，并注意容性负载。

问:我知道电压降和噪声的影响，但参考文献是否必须提供足够大的电流才能使导体的电压降显著?

A.一般来说，引用是内部缓冲的;大多数将源和吸收5-10毫安。有些应用可能需要这个数量级或更大的电流;一个例子是引用作为系统引用;另一个是驱动具有极低阻抗的高速闪存ADC的参考输入。一个10毫安的电流在100莫姆时流过，将经历1毫伏的电压降，这可能是显著的。性能最高的电压参考，如AD588和AD688，其输出和输出接地端子都具有开尔文(力感)连接。通过关闭误差源周围的反馈回路，这些连接避免了电压下降的影响;当电流缓冲放大器用于驱动大量负载或吸收流向错误方向的电流时，它们还可以纠正增益和偏移误差。感测端子应接在缓冲放大器的输出端，最好接在负载端。

问:你说的“流错方向”是什么意思?

a .考虑从+ 10v电源操作+ 5v基准。如果它的5伏输出端被一个电阻负载到地，电流将流出该终端。如果电阻连接到+ 10v电源，电流将流入终端。大多数参考将允许净电流在任何一个方向;但是有些会产生电流但不吸收，或者吸收的电流比能吸收的要少得多。这种器件，通过在数据表上指定其输出电流的方式来识别，不能用于必须有大量净电流流入参考端子的应用中。一个常见的例子是使用正面引用作为负面引用。

问:为什么不直接买一份负面推荐信呢?

答:因为大多数单电压输出参考都是正参考。当然，两针有源参考可以用于任何一个极性;它们的使用方式与齐纳二极管相同(它们通常是带隙器件)。

为了使三端正基准用作负基准，它必须能够吸收电流。它的输出端与地连接，其地端(成为负基准端)通过电阻(或恒流源)与负电源连接。正电源引脚通常必须连接到离地至少几伏的正电源上。但有些设备在双端模式下可以提供负参考:正端和输出端接在一起接地。

必须选择R(S)(或电流源)，以便对于负电源和参考负载电流的所有期望值，地端和输出端电流都在额定值之内。

问:电容性负载怎么样?

A.许多参考文献的输出放大器在大容性负载下工作时变得不稳定并可能振荡;因此，不建议将高电容(几µF或更多)连接到基准的输出以降低噪声，但通常建议使用1-10 nF的电容，并且一些参考(例如AD588)具有可以安全地连接电容的降噪端子。如果力感终端可用，则可以在容性负载下定制环路动态。请咨询数据表和制造商的应用工程师以确定。即使电路是稳定的，也不建议使用大容性负载，因为它们会增加基准的导通时间。

问:电源一接通，参考书不是就打开了吗?

答:绝对不是。在许多参考文献中，驱动参考元件(齐纳或带隙)的电流来自稳定输出。这种正反馈增加了直流稳定性，但会导致稳定的“关闭”状态，从而阻碍启动。处理这一问题并促进启动的片上电路通常设计为绘制最小电流，因此许多参考文献出现得有些缓慢(1-10毫秒是典型的)。有些设备确实被指定为更快的开启;但有些甚至更慢。

如果设计人员在电路通电后需要参考电压，那么所选择的参考电压必须具有足够快的导通规格;降噪电容应尽量减小。参考导通延迟可能限制数据转换系统的频闪供电的机会，以便节省系统功率。即使参考值被内置到转换器芯片中，也必须考虑这个问题;在这种类型的系统中，考虑转换器的上电特性也很重要[在“询问应用工程师- 1，”对话22-2(1988)，第29页讨论]。

在芯片达到热稳定性和热诱导偏移量达到其最终值之前，高精度参考可能需要在导通后额外的热稳定期。这种影响将在数据表上提及，不太可能超过几秒钟。

问:使用这些高精度参考而不是内部参考是否会使转换器更精确?

答:不一定。例如，经典AD574的高速衍生产品AD674B的出厂校准误差最大为0.25%(±10 LSB)，内部参考保证精度在+100 mV(1%)以内。由于10v的0.25% = 25mv，满量程为10.000 V + 25mv。假设具有1%高内部参考电压(10.1 V)的AD674B在满量程时已被工厂调整为10,000 V，增益增加1%。如果将一个精确的10.00 V AD588系统基准连接到器件的参考输入端，则满量程将变为10.100 V，为指定最大误差的4倍。

问:请讨论一下时钟作为系统参考的作用。

哎呀，我们没空间了!这个问题引出了一个值得深思的话题。我们将在以后的一期中做。

摘自《对话9-1》(1975年)，又称《最佳对话》，1967年至1991年，第72页。