如何使用电阻器、电流汇/源和缓冲放大器来调整任何三端参考电压

来源：analog 发布时间：2023-08-15

摘要： 使用电阻器，电流汇/源和缓冲放大器调整3端参考电压，以动态校准参考电压，微调其输出值，或产生稍微不同的值。

数字转换器(adc)和数字转换器(dac)需要稳定的参考电压来精确测量或产生信号。本应用笔记展示了如何使用电阻器、电流汇/源和缓冲放大器来调整任何三端参考电压，以动态校准参考电压，微调其输出值，或产生稍微不同的值。

adc和dac必须有稳定的参考电压才能精确测量或产生信号。这样的参考提供了许多有保证的精度和稳定性水平，但它们的输出电压水平的变化要小得多-通常指定为标准值，如2.048V, 2.500V或4.096V。

但是，有时需要动态校准参考，微调其输出值，或生成稍微不同的值。例如，当通过电阻分压器测量电压时，您可以调整参考电压以补偿分压器中的增益误差。

图1的电路显示了如何使用一个电阻、一个电流吸收/源和一个缓冲放大器来调整任何三端电压基准。下沉或源电流导致R1上的电压降从标称参考输出V(REF)中减去或增加:

V(out) = V(ref) - I × r1。

图1所示将电阻、电流源和缓冲器添加到电压基准中，可以调整其输出。

缓冲放大器将V(OUT)与负载隔离开来，因此流过R1的唯一电流是来自电流源的电流。如图2所示，这个想法可以通过一个高度稳定的电压基准(MAX6126)、一个电流DAC (DS4412)和一个低偏置运算放大器(MAX9620)来实现。

图2 MAX6126电压基准、DS4412电流DAC和MAX9620低偏置运算放大器实现了图1的思想。

如果我们选择R(FS1) = 4.7k欧姆，则满量DAC电流为0.981mA(参见DS4412数据表)。结合R1 = 10欧姆，该电流值的调谐范围为±0.981mA × 10欧姆 =±9.81mV，分为31步，每步0.654mV。

根据该基准及其封装的性能等级，初始输出精度可高达±0.02%。DAC的输出电流精度仅为±6%，但调谐范围很小，因此大公差对输出误差的影响很小。将这些值与R1的1%电阻和运放的最大偏移值相结合，可以得到最大初始输出电压误差的表达式:

对于2.048V参考电压，此误差为

其中DAC表示DAC的十进制等效输出值(-15≤DAC≤+15)。因此，DAC引入的最大误差为0.5969mV，当与电压基准本身的初始精度相结合时，总产生大约1mV。

由于DAC的工作温度范围为-40°C至+85°C，因此我们在同一范围内使用电压基准的漂移规格:±3ppm/°C。Maxim使用方框法来指定温度漂移。(详见应用说明4300，“计算精确数模转换器(DAC)应用中的误差预算”。)因此，最大V(REF)漂移是

125℃×±3ppm/℃× 2.048V =±0.768mV。

第二项(I(DAC) × R1)的漂移是由DAC的漂移、R(FS1)的漂移和R1的漂移引起的。DAC中的漂移仅指定为±75ppm/°C的典型值。我们假设电阻器为±25ppm/°C。这些值产生典型的漂移

因此，DAC和电阻引入的典型漂移大约为±0.1mV，这大大低于基准电压的最大漂移。运算放大器在温度上的最大输入偏置被指定为25µV，这也远低于基准电压的最大漂移。

在输出电压作为DAC代码的函数图中，误差条表示初始精度和温度漂移(图3)。较高的DAC值误差略有增加，主要是由于温度漂移。测量值是在室温下记录的，与理论值非常接近。

图3 该图给出了理论(蓝线)和测量(红条)输出电压作为DAC代码的函数。标称参考输出为2.048V。误差条显示，准确度向DAC代码的绝对较高值略有下降(为清晰起见，省略了电压表的误差条)。

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