如何为我们的电路设计合适的电压基准

你有没有不得不在你最喜欢的两种甜点之间挑选，然后想，“为什么我不能两者都吃？” 好吧，在使用可编程电压基准 (V REF )进行设计时，工程师每天都会遇到同样的事情。

工程师的一个非常普遍的目标是提出具有一定功能的超低功耗设计：感应温度、启动计算机，甚至为我们提供我们喜欢的糖果。但是你知道吗，为了实现低功耗操作，工程师也在放弃其他优势？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，但在整个工作温度范围内会出现精度损失。这些工程师有没有办法得到他们的蛋糕并吃掉它？我想你知道答案。

首先，让我们看一下我所说的 V REF精度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。

ATL431 和 ATL432 为三引脚可调节分流稳压器，在适用的汽车级、商业级和工业级温度范围内均可满足规定的热稳定性。 这两款稳压器均可通过两个外部电阻将输出电压设置为 Vref（约为 2.5V）至 36V 范围内的任意值。 其输出阻抗典型值均为 0.05Ω。此类器件的有源输出电路具有出色的导通特性，因此成为了许多应用中齐纳二极管的绝佳替代产品，例如板载稳压器、可调节电源和开关电源。

ATL43X 的阴极电流范围相比其上一代产品 TL43X 有 20 倍以上的提升。 另外稳定性也有所提高，可支持范围更为宽泛的负载电容类型和容值。

ATL431 和 ATL432 这两款器件的功能完全相同，只是引脚分配和订货编号有所不同。 ATL43X 提供 A 和 B 两个等级，25°C 温度下的初始容差分别为 1% 和 0.5%。 此外，这两款器件的输出温度漂移较低，可确保在整个温度范围内保持出色的稳定性。

ATL43xxI 器件的额定工作温度范围为 –40°C 至 85°C；ATL43xxQ 器件的额定工作温度范围为 –40°C 至 125°C。

如果我们有类似于图 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：电源电流限制器

V REF并不总是在其标称值；事实上，它可以保证有一个基于设备运行条件的偏移量。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，这在普通情况下并没有显着差异。但是，一旦达到最大值（通常发生在高温下），我们将获得2.539V 的有效 VREF，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，44.5mV 最大值/6mV 最小值偏移可能意味着调节和待机之间的差异，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) 电压取决于转换器的位数精度。假设 5V 和 8 位 ADC 的相同条件，我们得到 19.53mV 的 LSB，这在典型操作期间应该没问题，如等式 2 所示。但随着温度的变化，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仍然保持低功耗运行呢？一种解决方案是ATL431，它具有更低的运行功耗，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 VREF，即 0.03% 的精度。在考虑模拟操作时，这为我们提供了更大的误差范围，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与我们围绕 TL431 的原始设计更大的折衷结果。ATL431是一种解决方案，它提供了足够好的节能效果，同时也提高了准确性，而不必为了另一个而牺牲一个。最后，即使妥协，也有可能两全其美。