单电压基准与双电压基准的对决-II

　　在我上一个帖子中，我们讨论了生成两个高精度电压基准输出的三种拓扑结构。今天，我们将从三个方面，即他们输出之间的总体误差、漂移跟踪和匹配，来比较这三种解决方案的性能。
　　总体误差
　　方程式 (1) 将用百分比 (%) 给出的技术规格转换为百万分比 (ppm) 表示的技术规格。
　　


　　(方程式1)
　　每个电压输出的总体误差性能指标取决于他的初始精度和工作温度范围内的漂移，如方程式(2) 中所给出的那样。
　　


　　(方程式2)
　　在解决方案1中，由于在数据表中没有指定LM4140B的漂移典型值，我们使用70oC温度范围内的最大漂移技术规格来进行计算。在解决方案2中，偏移电压 (VBIAS) 由REF5030A，电阻器网络和一个缓冲器产生。因此，正如第一部分中方程式 (1) 所指定的那样，初始精度和漂移可以表示为这三个误差源的RSS值。由于REF2030和REF5030A使用打包方法来确定漂移，计算的温度范围为整个工作温度范围，或者说165oC。
　　表1显示VREF在解决方案1和解决方案2中具有相同的性能时，他的VBIAS输出的误差会大很多。需要注意的是，VBIAS在解决方案2中的误差包括来自VREF的误差。由于两个输出上的高初始精度和低温度漂移，解决方案3在三个解决方案中具有最低误差。
　　表1：每个输出电压误差原因比较
　　


　　漂移跟踪和匹配
　　这个双输出系统的另外一个重要技术规格是漂移跟踪，这个参数描述了特定温度范围内两个电压之间的匹配准确度，计算方法如方程式 (3) 所示。图1显示了REF2030的漂移跟踪性能典型值。
　　


　　(方程式3)
　　


　　图1：VREF和VBIAS跟踪与温度之间的关系图
　　由于我们在解决方案1中采用了两个独立的电压基准，理论上来讲，这两个基准也许不会直接相互跟踪，所以跟踪是他们最大温度漂移 (11 ppm/oC) 的RSS值。由于LM4140B的额定温度范围只在0°C至70oC之间，这个漂移跟踪只适用于这个温度范围。
　　在解决方案2中，由于VREF的误差在两个输出上同时存在，VREF和VBIAS之间的漂移跟踪 (δTracking) 只取决于电阻器网络 (δRES) 和缓冲器 (δBUF) 的漂移，计算方法如方程式 (4) 所示。
　　


　　(方程式4)
　　在确定初始精度误差的情况下，我们也可以计算输出在RSS方面的匹配程度(在温度为25oC时)，计算方法如方程式 (5) 所示。
　　


　　表2显示了比较汇总。请注意，解决方案中的漂移跟踪和输出匹配在很大程度上取决于电阻器的精度。虽然解决方案2中两个输出的跟踪稍微好一些，但是输出间的匹配要远远逊色于解决方案3。实际上，解决方案3要比解决方案好大约900ppm。这意味着，仅仅将漂移减少2 ppm/°C就需要解决方案2中的温度变化达到450°C，这样才能使其变为更加准确的解决方案。计算结果的更多细节请参考data.xlsx。
　　表2：输出匹配和漂移跟踪比较
　　


　　从计算结果中我们了解到解决方案3在大多数情况下具有最佳总体性能。然而，在现实中，模拟工程师必须考虑除性能以外的更多因素。请密切关注下周的博文，到时我们将从PCB空间和成本方面比较三个解决方案。