为我们的电路选择合适的电压参考

我们是否曾经不得不在两种我们最喜欢的甜点之间进行选择，然后心想：“为什么我不能两者都吃？” 好吧，工程师在使用可编程参考电压 (V REF )进行设计时每天都会发生同样的事情。

对于工程师来说，一个非常普遍的目标是提出提供一组功能的超低功耗设计：感知温度、启动计算机，甚至为我们提供我们喜欢的糖果。但是我们知道吗，为了实现低功耗运行，工程师还放弃了其他优势？为了实现低功耗，工程师通常必须使用 V REF进行设计，以提供非常低的电流，但会在整个工作温度范围内造成精度损失。有没有办法让这些工程师也吃蛋糕？我想你知道答案。

首先，让我们来看看我所说的 V REF精度是什么意思以及直接影响精度的条件。对于这个例子，我将使用常用的TL431来驱动我的分析。如果我们有一个类似于图 1 的电路，我们可以设置 R1 和 R2 以根据 V REF获得所需的 V KA输出。我们可以在本应用笔记中找到有关如何执行此操作的更多信息。

图 1：电源限流器

V REF并不总是在其标称值；事实上，它保证有一个基于设备工作条件的偏移量。表 1 显示了直接影响 V REF的规格表。

表 1：TL431 电气规格

假设 V KA = 5V 和阴极电流为 2mA，我们可以使用公式 1通过添加这些参数（典型值）的集体效应来计算有效VREF。

  (1)

这告诉我们，对于 TL431，有效 V REF现在为 2.4899V，或 0.2% 的准确度，这在视觉上没有显着差异。但是一旦达到最大值（这通常发生在高温下），我们就会得到2.539V的有效 V REF，即 1.78% 的准确度。

这对我们的系统有何影响？

在模拟环境中，总电压漂移可能是触发运算放大器的必要阈值，最大 44.5mV/最小偏移可能意味着稳压和待机之间的差异，这可能导致系统故障。但是，当我们考虑使用 TL431 作为模数转换器 (ADC) 的参考时，这将成为一个更大的问题。最低有效位 (LSB) 电压是根据转换器的位数精度确定的。假设 5V 和 8 位 ADC 的条件相同，LSB 为 19.53mV，这在典型操作期间应该没问题，如等式 2 所示。但是随着温度的变化，操作会发生变化，系统可能会读取错误数据或执行不正确。

 (2)

那么如何解决精度问题并保持低功耗运行呢？一种解决方案是ATL431，它具有较低的运行功率，但显着提高了精度。在与以前相同的条件和设计参数下使用 ATL431，我们将获得2.499V (0.95mV)的有效 V REF，或 0.03% 的精度。在考虑模拟操作时，这会给我们带来更大的误差幅度，但更重要的是，我们现在可以使用分辨率更高的 ADC（公式 3）：

(3)

最后，在正确方向上的微小变化可以产生更多与我们围绕 TL431 的原始设计折衷的结果。该ATL431是那些能够提供足够好的省电也有精度的提高的解决方案之一，而不必牺牲一个用于其他。最后，即使妥协，也有可能两全其美。