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[导读]获得ADC的最佳SNR性能并不仅仅是给ADC输入提供低噪声信号的问题,提供一个低噪声基准电压是同等重要。虽然基准噪声在零标度没有影响,但是在全标度,基准上的任何噪声在输出代码中都将是可见的。

获得ADC的最佳SNR性能并不仅仅是给ADC输入提供低噪声信号的问题,提供一个低噪声基准电压是同等重要。虽然基准噪声在零标度没有影响,但是在全标度,基准上的任何噪声在输出代码中都将是可见的。对于某个给定的ADC,在零标度测量的动态范围(DR)之所以通常比在全标度或接近全标度测量的信噪比(SNR)高出几个dB,原因即在于此。在ADC的SNR有可能超过140dB的过采样应用中,提供一个低噪声基准电压是特别重要。如欲实现这种水平的SNR,即使是最好的低噪声基准也需要一些帮助以降低其噪声电平。

来自电压基准的输出电压的短期变化是噪声。参考电压噪声出现在两个频率范围内:0.1 至 10 Hz 的短期峰峰值漂移和 10 Hz 至 1 kHz 的宽带噪声。用百万分之几来表示噪声很流行,因为噪声电压通常与参考电压成正比,从而保持百万分之几的值相对恒定。带隙电压基准的噪声电压范围为 3 至 16 ppm,但埋藏齐纳电压基准更安静,噪声电压范围为 0.1 至 0.5 ppm。噪声随着参考电流的增加而降低,但对于大多数参考来说,增加参考电流并不是一种选择。因此,改善噪声性能的途径是外部噪声滤波器。

我们设计一个典型的电压基准滤波器,其中负载电流流过 R 1 ,导致 R 1两端的电压降。R 1 C 1提供滤波功能,但 R 1 两端的电压降 导致的稳压损失需要添加缓冲器。缓冲器将通过 R 1的电流 最大降低至 1 nA。当您可以使用 50Ω 的 R 1 和一个陶瓷电容完成噪声过滤时,R 1上 的压降 为 0.05 µV,您可以忽略它。当C 1时使用我们的电路 是一个陶瓷电容器,如果低频断点足以满足所需的噪声性能。缓冲器会对参考电压产生噪声,因此将其配置为具有断点的低通滤波器,以消除其内部产生的噪声。

当滤波器的–3-dB 断点必须很低时,这种电路配置就会出现一些问题。增加 R 1 具有局限性,因为它的压降会限制参考电压精度。你不能使用陶瓷电容,因为它的体积效率很差,所以选择钽电容或铝电解电容。这些电容器类型具有明显的电流泄漏,这是其工作电压和温度的函数。因此,电容器泄漏电流 I CL流过 R 1,导致可怕的电压降破坏调节。

将R 1封装在反馈环路中,通过将 R 1 上的电压降 除以大约 134 dB 的运算放大器增益,将其影响降至最低。因此,电容器泄漏电流的影响可以忽略不计。R 1两端的压降 从输出电压摆幅中减去,但如果负载电流小于运算放大器输出电流能力 10 mA,则压降小于 0.5V。运算放大器偏置电流导致的 R 2上的电压降 至关重要,因为它会增加电压参考误差。当 R 2 为 2 kΩ,其压降为 2 µV(1-nA 输入偏置电流);如果这个电压降太大,降低R 2的值。

该滤波器位于运算放大器的输出端,因此具有 1/2πR 1 C 1 –3-dB 断点的低通滤波器 可降低电压参考和运算放大器的噪声。R 2 C 2 网络通过在波特图中添加零来确保稳定性。R 2 C 2 网络会导致噪声增益峰值,因此您应该保持 R 2 C 2 =2R 1 C 1 关系以最小化放大器噪声增益峰值。C 1A 可以是低自谐振频率的铝电解电容器;因此,陶瓷介电电容器C 1B与 C 1A并联 以保持低总电抗。如果您保留峰值关系,此滤波器可以驱动高电容负载(将它们视为 C 1的一部分)。


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