参考电压源

背景知识:

参考电压源或参考电压（电压参考）通常指的是用作电路中参考电压的高稳定性电压源. 随着集成电路规模的不断增加. 特别是系统集成技术（SOC）的发展，它也已成为，超集成电路以及几乎所有数字模拟系统中必不可少的基本电路模块.

在许多集成电路和电路单元中，例如数模转换器（DAC），模数转换器（ADC），线性调节器和开关调节器，都需要精确且稳定的电压标准. 在数模转换器中，DAC根据在其输入端提供的数字输入信号从直流参考电压中选择并生成一个模拟输出. 在模数转换器中，直流电压标准与模拟输入信号一起使用，生成数字输出信号.

在精密测量仪器和广泛使用的数字通信系统中，参考电压源通常用作系统测量和校准的参考. 因此基准电压源原理，参考电压源在模拟集成电路中占有非常重要的地位，这直接影响电子系统的性能和精度. 近年来，对它的研究也非常活跃，通过双极工艺制成的参考电压源已经达到了很高的性能和精度.

与此同时，自1970年代以来，由于对MOS晶体管的基本理论和制造技术的深入研究，再加上电路设计和工艺技术的进步，MOS模拟集成电路得到了迅速发展. 其中，CMOS电路具有工艺简单，器件面积小，集成度高，功耗低等优点，已成为数字集成电路产品的主流. 在这种背景下，为了获得低成本，高性能的模拟集成电路产品，基于标准数字CMOS工艺的各种高精度模拟电路已经引起人们的关注，并成为集成电路技术的重要研究领域. 各种高精度参考电压源由于在数字模拟系统中的广泛应用而具有广阔的发展和应用前景.

基本原理:

理想的基准电压源应不受电源和温度的影响，并可以在电路中提供稳定的电压. 术语“参考”用于解释参考电压源的值应比一般电源具有更高的精度和稳定性. 性.

通常，电阻分压器可用作参考电压，但只能用作放大器的偏置电压或提供放大器的工作电流. 这主要是因为它没有稳压作用，因此输出电压的稳定性完全取决于电源电压的稳定性. 另外，二极管的正向压降也可以用作参考电压，可以克服上述电路的缺点，获得不依赖于电源电压的恒定参考电压，但其电压稳定性不高. 高，温度系数为负. 约-2mV /℃. 硅齐纳二极管的击穿电压（简称为齐纳管或齐纳管）也可以用作参考电压. 它可以克服正向二极管作为参考电压的某些缺点，但其温度系数为正，大约为+ 2mV /℃. 因此，以上类型不适用于需要高参考电压的场合. 因此，在如此紧急的市场需求和设计者的不断努力下，高精度参考电压源应运而生基准电压源原理，种类很多.

从工作原理的角度来看，它主要分为三类: 标准电池，温度补偿参考电压调节器和集成电路固态参考电压源（称为集成参考电压源）.

一块标准电池

标准电池可以分为饱和型和不饱和型.

饱和标准电池的输出电压为1.018V，长期稳定性可以达到1？ V /年（即1ppm /年）；但温度系数大. 当接近200℃时，总温度系数约为-40℃. V /℃. 由于饱和标准电池正负极级的温度系数不同，当电极之间的温差仅为0.0010°C时，可能会引起约0.3pV的电动势变化，因此需要保持使用过程中正负两个阶段的温度平衡.

非饱和标准电池的温度系数很小，约为-5？ V /℃接近20'C时；但是长期稳定性差，年变化大于20-40？ V /年. 上述两种电池具有温度特性的磁滞效应，不能在满负荷下使用，但是由于它们的低噪声，稳定的电动势，方便的制造以及低成本，它们被广泛用于只需要电源的大多数精密电源中. 短期稳定性.

第二个温度补偿参考电压调节器管

温度补偿参考调压器管的温度系数可以低至5？ V /℃，且体积小，重量轻，结构简单，便于集成；但存在噪声大，负载能力弱，稳定性差和参考电压高的问题. 诸如可调性差的缺点. 此参考电压源不适用于和电池供电的应用.

三个. 集成参考电压源

使用半导体集成电路技术制成的参考电压源有很多类型，例如用于深埋稳压器的集成参考源，用于双极晶体管的集成带隙参考源和用于CMOS的集成带隙参考源. “带隙参考源”是一种出现在1970年代初的新型设备，它的出现使参考设备有了新的飞跃. 从这些参考源，可以获得1.22V至10V的各种参考电压. 因为它基于非表面带隙机制，所以它比基于表面击穿的齐纳管器件更稳定. 如果选择它，则可以达到高达？的温度系数. V /℃（即2ppm /℃），并且输出电阻极低，而且，更重要的是，它不需要选择60ppm的长期稳定性. 由于其高精度，低噪声和优点，带隙基准源被广泛用于稳压器，数据转换器（A / D，D / A），集成传感器，放大器等中，并且仅用作精密基准电压源，低温漂移和许多其他微功率运算放大器.

从电路连接的角度来看，参考电压源主要分为两类. 一种类型是三端子类型（输入，输出和公共端子），也称为串联参考源. 该参考源的主要优点是静态电流相对较低，并且可以预先调节标准输出电压. 输出电流可以很大而不会损失精度. 另一种是两端子型，也称为并行参考源. 该参考源的主要优点是工作极性更灵活，但负载要求更严格，有时只能提供非标准电压.

现状与发展:

随着集成电路的发展，特别是系统集成技术的发展，参考电压源的应用越来越广泛. 复杂而不断变化的工作环境以及日益广泛的应用空间为参考电压源的发展带来了机遇和挑战. 特别地，如何进一步降低参考电压源的温度系数和噪声，提高其电压稳定性和长期稳定性将成为长期关注和努力的课题. 目前，已经有一些设计技术利用载流子迁移率的温度效应和MOS管中的读取电压来进行相互补偿等. 这表明随着VLSI和SOC技术的飞速发展，以及各种新技术和新工艺的不断应用，高精度参考电压源的设计技术将继续发展，并具有广阔的发展空间.

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