德州儀器REF19xx電壓基準芯片：高精度與低功耗的完美結合

在電子設計領域，電壓基準芯片的性能直接影響著整個系統的精度和穩定性。德州儀器（TI）的REF19xx系列低漂移、低功耗、雙輸出電壓基準芯片，為單電源系統提供了出色的解決方案。今天，我們就來深入探討一下REF19xx系列芯片的特點、應用以及設計要點。

文件下載：ref1930.pdf

一、REF19xx芯片概述

REF19xx系列包括REF1925、REF1930、REF1933和REF1941等型號，提供了(V{REF})和(V{REF}/2)兩個輸出電壓，方便在單電源系統中使用。在只有正電源電壓的應用中，常常需要一個穩定的電壓來偏置輸入雙極性信號，REF19xx正好滿足了這一需求，它不僅為模數轉換器（ADC）提供參考電壓(V{REF})，還提供一個高精度的偏置電壓(V{BIAS})。

二、芯片特性亮點

1. 溫度漂移性能卓越

從 -40°C 到 125°C 的溫度范圍內，最大溫度漂移僅為 -25 ppm/°C，初始精度高達 ±0.1%。同時，(V{REF})和(V{BIAS})在溫度變化時的跟蹤性能也非常出色，在 -40°C 到 85°C 范圍內最大跟蹤誤差為 -6 ppm/°C，在 -40°C 到 125°C 范圍內最大跟蹤誤差為 -7 ppm/°C。這種出色的溫度特性大大提高了信號鏈的精度，減少了因溫度變化帶來的誤差。

2. 低功耗設計

靜態電流小于 430 μA，在電池供電系統中表現出色。極低的壓差電壓僅為 10 mV，允許從非常低的輸入電壓工作，進一步降低了系統功耗。

3. 封裝小巧

采用 SOT23 - 5 微型封裝，節省了電路板空間，適合對空間要求較高的應用。

4. 輸出能力強

輸出電流可達 ±20 mA，能夠滿足大多數應用的需求。同時，線路調整率為 3 ppm/V，負載調整率為 8 ppm/mA，保證了輸出電壓的穩定性。

三、應用領域廣泛

1. 數字信號處理

在功率逆變器和電機控制等應用中，REF19xx的(V{REF})和(V{BIAS})電壓具有相同的出色規格，能夠很好地吸收和提供電流。其長期穩定性和低噪聲水平使其非常適合高精度工業應用。

2. 電流傳感

在電流傳感應用中，REF19xx可以為傳感器提供穩定的參考電壓，確保測量的準確性。

3. 工業過程控制

為工業過程中的各種傳感器和執行器提供穩定的電壓基準，保證系統的穩定運行。

4. 醫療設備數據采集系統

在醫療設備中，對數據采集的精度要求極高，REF19xx的高精度和低噪聲特性能夠滿足這一需求。

四、典型應用案例分析

以低側電流傳感應用為例，我們來詳細了解REF19xx的應用。

1. 設計要求

• 電源電壓：5.0 V
• 負載電流：±2.5 A
• 輸出：250 mV 到 2.75 V
• 最大分流電壓：±25 mV

2. 詳細設計步驟

（1）分流電阻選擇

根據公式(R{SHUNT(max)}=frac{V{SHUNT(max)}}{I_{LOAD(max)}})，計算出最大分流電阻為 10 mΩ。為了最小化溫度誤差，應選擇低漂移的分流電阻；為了最小化失調誤差，應選擇公差最低的分流電阻。

（2）差分放大器選擇

選擇具有單電源（3 V）、參考電壓輸入、低初始輸入失調電壓、低漂移、固定增益和低側傳感等特性的差分放大器。這里選用了 INA213 電流分流監測器。

（3）電壓基準選擇

REF1930 是該應用的理想選擇，它具有雙輸出（3.0 V 和 1.5 V）、低漂移和兩個輸出之間低跟蹤誤差的特點。其溫度漂移為 25 ppm/°C，初始精度為 0.1%，能夠將電壓基準帶來的誤差降至最低。

3. 應用曲線分析

通過兩點校準可以消除與失調電壓、增益誤差等相關的誤差。測量結果表明，在不同條件下，系統的誤差都得到了有效控制。

五、設計注意事項

1. 電源供應

REF19xx 系列芯片具有極低的壓差電壓，可在僅比輸出電壓高 20 mV 的電源下工作。建議使用 0.1 μF 到 10 μF 的電源旁路電容。

2. 布局設計

• 在 REF1930 的(V{IN})、(V{REF})和(V_{BIAS})處連接低 ESR 的 0.1 - μF 陶瓷旁路電容。
• 按照設備規格對系統中的其他有源設備進行去耦。
• 使用實心接地平面有助于散熱和減少電磁干擾（EMI）噪聲拾取。
• 將外部組件盡可能靠近設備放置，以防止寄生誤差（如塞貝克效應）的發生。
• 最小化參考和偏置連接到 INA 和 ADC 之間的走線長度，以減少噪聲拾取。
• 避免敏感的模擬走線與數字走線平行，盡可能避免數字和模擬走線交叉，必要時進行垂直交叉。

六、總結

德州儀器的 REF19xx 系列電壓基準芯片以其卓越的溫度漂移性能、低功耗、小巧的封裝和強大的輸出能力，在眾多應用領域中展現出了出色的性能。在設計過程中，合理選擇組件和優化布局能夠充分發揮芯片的優勢，為系統的高精度和穩定性提供保障。各位電子工程師在實際應用中，不妨考慮一下 REF19xx 系列芯片，相信它會給你的設計帶來意想不到的效果。你在使用電壓基準芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。