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物聯網系統中為什么要使用電壓基準芯片

在物聯網系統中使用電壓基準芯片的原因主要可以歸納為以下幾點：

提供穩定、可靠的電壓參考值

高精度：電壓基準芯片能夠提供非常精確的電壓輸出，其精度通常遠高于普通的穩壓器件。這種高精度對于物聯網系統中需要精確測量的場景至關重要，如傳感器讀數、信號處理等。

穩定性：電壓基準芯片的輸出電壓具有極高的穩定性，能夠在各種環境條件下保持輸出電壓的恒定。這對于物聯網系統在各種復雜環境中的穩定運行至關重要。

抑制噪聲干擾

物聯網系統中存在大量的電磁干擾和噪聲源，這些噪聲可能嚴重影響系統的性能。電壓基準芯片通過在其輸出電壓上添加濾波電路，能夠有效抑制噪聲的干擾，提高系統的信噪比，從而確保系統能夠準確、可靠地工作。

適應溫度變化

物聯網系統往往需要在不同的溫度環境下工作，而溫度變化會對電子元件的性能產生影響。電壓基準芯片通過采用溫度補償技術，能夠在溫度變化時自動調整輸出電壓，保持輸出電壓的穩定性和精度。這對于物聯網系統在寬溫環境下的穩定運行具有重要意義。

提升系統整體性能

提高測量精度：使用電壓基準芯片可以提高物聯網系統中各種測量設備的精度，從而確保系統能夠獲取更準確的數據。

增強系統穩定性：電壓基準芯片的穩定性和高精度特性有助于提升物聯網系統的整體穩定性，減少因電壓波動或噪聲干擾導致的系統故障。

降低系統成本：雖然電壓基準芯片本身可能具有一定的成本，但其帶來的高精度、穩定性和可靠性可以顯著降低物聯網系統的整體維護成本和故障率，從而從長期角度降低系統成本。

具體應用場景

儀器與測量：如多功能測試儀、示波器、頻譜分析儀等。

工業自動化：用于反饋控制系統、PLC等設備中。

通信與網絡設備：如路由器、交換機、無線基站等。

汽車電子：用于車載娛樂系統、車載電源管理等。

醫療設備：如血壓計、心電圖儀、體溫計等醫療儀器中。

綜上所述，物聯網系統中使用電壓基準芯片是為了提供穩定、可靠的電壓參考值，抑制噪聲干擾，適應溫度變化，并提升系統整體性能。這些優勢使得電壓基準芯片在物聯網系統中具有廣泛的應用前景。

本文會再為大家詳解電源芯片家族中的一員——電壓基準芯片。

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1.基準電壓簡介

基準電壓是指傳感器置于0℃的溫場（冰水混合物），在通以工作電流（100μA）的條件下，傳感器上的電壓值。實際上就是0點電壓。其表示符號為V（0），該值出廠時標定，由于傳感器的溫度系數S相同，則只要知道基準電壓值V（0），即可求知任何溫度點上的傳感器電壓值，而不必對傳感器進行分度。其計算公式為：

V（T）=V（0）+S&TImes;T（其特性曲線如下圖）

示例：如基準電壓V（0）=700mV；溫度系數S=-2mV/℃，則在50℃時，傳感器的輸出電壓V（50）=700—2&TImes;50=600（mV）。這一點正是線性溫度傳感器優于其它溫度傳感器的可貴之處。

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2.電壓基準芯片的定義

電壓基準芯片（Voltage Reference Chip）是一種能夠產生穩定、精確電壓信號的集成電路（IC）。它通常用于電子設備中，作為其他電路參數的參考電壓源，如比較、測量、校準等。電壓基準芯片的輸出電壓具有高度的穩定性和精度，能夠在各種環境條件下保持恒定。

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3.電壓基準芯片的原理

電壓基準芯片的工作原理涉及到穩壓原理、參考電壓和反饋控制等方面。穩壓原理是其工作的基礎，通過特定的電路結構將輸入電壓轉換為穩定的輸出電壓。參考電壓是由電壓基準芯片內部的高精度電路元件產生的，具有極高的穩定性和精度。在電壓基準芯片中，通常還包含一個反饋回路，用于監測輸出電壓并與參考電壓進行比較，當輸出電壓偏離參考電壓時，反饋回路會調整電路參數，使輸出電壓恢復到穩定值。

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4.電壓基準芯片的分類

電壓基準芯片可以根據不同的分類標準進行分類，以下是一些常見的分類方式：

按產生原理：

Zener二極管型：基于Zener二極管的反向擊穿特性產生穩定電壓。

溫度補償型：利用溫度傳感器和反饋電路實現自動溫度補償，提高輸出電壓的穩定性。

集成參考源型：利用專門設計的電路產生穩定的參考電壓，具有高精度和穩定性。

按封裝形式：

單片式：如SOP封裝。

雙極型：如DIP、TSSOP封裝。

按應用領域：

通用型：適用于多種電子設備。

特殊用途型：如示波器基準芯片、精密電流源型基準芯片等，針對特定應用需求設計。

從電路拓撲結構來分

從內部結構和穩壓原理

可分為齊納二極管型(包括基于齊納二極管的集成基準電壓源)

帶隙式(band-gap)

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5.電壓基準芯片的選型參數

在選擇電壓基準芯片時，需要考慮以下關鍵參數：

輸出電壓：根據需要選擇的輸出電壓范圍。

電壓基準

電壓基準顧名思義，就是作為基準電壓來給其他信號提供參考。在模擬和混合信號鏈系統中，電壓基準是測量的基礎，電壓基準的不準確及其隨溫度等的變化會直接影響整個系統的穩定性和準確度。因此，在選擇電壓基準芯片的時候，我們尤其需要關注兩個指標：1）初始精度；2）溫度漂移。

初始精度

初始精度指的是在指定溫度下 (通常是室溫25°C) 時測得的輸出電壓的與理想電壓相比的變化幅度。以我們常用的2.5V電壓為例，如果電壓基準芯片的初始精度為±0.1%，則意味著實際測量的輸出電壓在2.5025V和2.4975V之間。初始精度的百分比數值越低，則意味著輸出的電壓越準確。通常為了取得更高的初始精度，在電壓基準芯片出廠前會對其進行校準。

溫度漂移

溫度漂移指的是基準芯片的輸出電壓隨著溫度漂移而變化的量，通常以ppm/℃為單位。當一顆基準芯片的溫漂越小，則意味著在工作溫度內其輸出的電壓變化越小，則意味著基準芯片越精確越穩定。溫度漂移由電路組件的瑕疵和非線性引起的。與初始精度類似，為了保證基準芯片在所有工作溫度范圍內都能滿足一定的準確度，在基準芯片出廠前也會對其溫漂進行校準。

除此之外，在高精度系統中我們通常還會關注

—— 電壓噪聲

—— 電源抑制比（PSRR）

—— 最小壓差

—— 功耗

—— 輸出電流

—— 長期穩定性

—— 熱遲滯

此外，其他參數還包括：

精度：輸出電壓的初始精度，通常以百分比表示。

溫度漂移：輸出電壓隨溫度變化的程度，以ppm/°C表示。

噪聲：

功耗：芯片的功耗大小，對于低功耗應用尤為重要。

封裝形式：根據電路板布局和尺寸要求選擇合適的封裝形式。

長期穩定性

線性調整率與負載調整率

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6.電壓基準芯片的使用注意事項

正確連接：確保電壓基準芯片的輸入和輸出端口正確連接，避免短路或接反。

溫度環境：注意工作環境溫度對芯片性能的影響，選擇具有適當溫度補償功能的芯片。

噪聲抑制：在必要時添加濾波電路以抑制噪聲干擾。

供電穩定性：保證供電電源的穩定性，避免供電電壓波動對芯片性能的影響。

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7.電壓基準芯片的廠商

電壓基準芯片的廠商眾多，包括但不限于德州儀器（TI）、亞德諾半導體（Analog Devices, ADI）、微芯科技（Microchip）、恩智浦半導體（NXP）等。這些廠商提供的電壓基準芯片具有不同的性能特點和價格定位，用戶可以根據具體需求選擇合適的產品。

供應商A：TI(德州儀器)

1、產品能力

（1）主推型號1:TL 431

對應的產品詳情介紹

特性

25°C 下的基準電壓容差

0.5%(B級)

1%(A級)

2%( 標準級 )

可調輸出電壓 : Vref 至 36V

工作溫度范圍 : -40°C 至 125°C

典型溫度漂移(TL43xB)

6mV( C 級溫度 )

14mV(I級溫度，Q 級溫度 )低輸出噪聲

0.2 Ω 輸出阻抗典型值

灌電流能力 :1mA 至 100mA

應用

機架服務器電源工業交流/直流電源

交流逆變器和變頻驅動器伺服驅動器控制模塊

筆記本電腦電源適配器設計

說明

TL431 和 TL432 器件是三端可調節并聯穩壓器，在適用的汽車級、商用級和軍用級溫度范圍內均可滿足規定的熱穩定性。可以通過兩個外部電阻器將輸出電壓設置為介于 Vref( 約為2.5V )和 36V 之間的任意值。其輸出阻抗典型值均為0.2 2。此類器件的有源輸出電路具有非常明顯的導通特性，因此非常適合用于替代許多應用中的齊納二極管，例如板載穩壓器、可調節電源和開關電源。TL432器件具有與 TL431 器件完全相同的功能和電氣特性但是具有不同的 DBV、DBZ 和 PK 封裝引腳排列。

TL431 和 TL432 器件都具有 B、A 和標準三個等級25°C 下的初始容差分別為 0.5%、1% 和 2%。此外低輸出溫漂可確保在整個溫度范圍內保持出色的穩定性。

TL43xxC 器件運行溫度范圍為 0°C 至 70°C，TL43xxl器件運行溫度范圍為 - 40°C 至 85°C，TL43xxQ 器件運行溫度范圍為 -40°C 至 125°C。

硬件參考設計

2、支撐

（1）技術產品

技術資料

tl431.pdf

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審核編輯 黃宇