Referencia feszültségforrás

A referenciafeszültség (ION) forrása vagy generátora olyan alapvető elektronikus egység , amely rendkívül stabil egyenfeszültséget tart fenn a kimenetén . Az ION-okat a stabilizált tápegységek kimeneti feszültségének, a digitális-analóg és analóg-digitális átalakítók skáláinak, az analóg és digitális integrált áramkörök és rendszerek üzemmódjainak beállítására, valamint a mérőműszerek feszültségszabványaiként használják. Ezeknek az eszközöknek a mérési pontosságát, az átalakítást és a stabilitást a bennük használt ION pontossági paraméterei határozzák meg.

A legpontosabb feszültségforrások a Josephson-effektuson alapuló kriogén laboratóriumi szabványok . 1976-tól az 1990-es évek végéig a soros precíziós ION-ok piacát a rejtett szerkezetű zener -diódákra épülő eszközök uralták, amelyek legjobb mintái pontossági paramétereket tekintve megközelítették a normál Weston elemet . A 2000-es években a bipoláris tranzisztorokon alapuló szupersávú ION-ok, a térhatású tranzisztorok differenciálpárjain alapuló XFET-típusú ION-ok és a lebegőkapu-tranzisztorokon alapuló FGA-típusú ION-ok pontosság és stabilitás tekintetében hasonló szintet értek el . A referenciafeszültség pontosságának és stabilitásának viszonylag alacsony követelményeivel rendelkező eszközökben olcsó, integrált sávszélességű ION-okat és hagyományos zener-diódákat használnak diszkrét vagy integrált kialakításban.

Történelmi vázlat

Az integrált áramkörök feltalálása előtt

A vákuumcsövek korában kétféle referencia feszültségforrás állt a rádióberendezések tervezői rendelkezésére: a gázkisüléses zener-diódák és a kémiai feszültségforrások (akkumulátorok és eldobható galvanikus cellák) [1] . A higany - cink Clark cellák 1,434 V-on és a higany- kadmium normál Weston-cellák 1,019 V -on adták a legjobb kezdeti feszültségpontosságot [2] . Masszív és egyben sérülékeny, ütéseket és rezgéseket nem engedő, mérgező anyagokkal töltött Weston cellákat kizárólag laboratóriumi körülmények között alkalmaztak, a soros rádióberendezésekben pedig kevésbé pontos, de olcsó és viszonylag biztonságos zárt galvanikus cellákat és akkumulátorokat [ 3] . A második világháború idején használt, 1,35 V feszültségű higany-cink cellák több mA áram leadására voltak képesek több mint ezer órán keresztül, de pontosságuk és stabilitásuk gyengébb volt a laboratóriumi feszültségszabványoknál [4] . A feszültségek beállításához 80 V-ról 1 kV -ra inert gázzal töltött izzítókisülésű zener-diódákat , 400 V-tól 30 kV-ig terjedő feszültségekhez pedig hidrogénnel töltött koronakisülésű zener-diódákat használtak . A gázzener diódákon lévő eszközök nem igényeltek rendszeres karbantartást, de a névleges feszültségtől való eltérésük elérte a ± 5%-ot [5] .

1953-ban Clarence Zener feltalált egy félvezető zener -diódát vagy "Zener-diódát" - egy félvezető diódát , amely reverzibilis reverz lebontási módban működik , és állandó feszültséget tart a kapcsain az áramok és hőmérsékletek széles tartományában [6] . A "hétköznapi" zener-diódák pontossági és zajmutatói tervezési és technológiai fejlesztések nélkül közepesek voltak és maradtak [7] . Az 1960-as években végzett vizsgálatok kimutatták, hogy a legjobb teljesítmény a zener-diódákra jellemző, amelyek fordított áttörési feszültsége megközelítőleg 6 V [7] . Még pontosabb volt egy pár 5,6 V-os zener- dióda és egy szilíciumdióda [7] vagy több dióda [8] , amelyek sorba kapcsoltak vele előrefelé . Az ilyen eszközök hőmérsékleti együtthatója (TKV) elérte a 10 ppm / ° C szintet, ami teljes mértékben kielégítette az akkori évek tervezőit [7] . A termikusan kompenzált zener diódák stabilizációs feszültsége azonban nem csökkenthető ~7 V alá, az áramerősség pedig nem csökkenthető néhány mA alá, ami megnehezítette a kisfeszültségű és mikroteljesítményű készülékekben való alkalmazásukat, illetve a magas ár miatt. a hosszú távú gyári villamos hőképzés megakadályozta a tömeges berendezésekben való alkalmazásukat [7] .

1962-ben a huszonkét éves cambridge -i diák, Brian Josephson megjósolta a szupravezető érintkezők precíziós feszültségszabványának létrehozásának lehetőségét [9] . 1968-ban megkezdődtek a Josephson csomópontok gyakorlati tanulmányozása, 1971-1972-ben Ausztrália , Nagy-Britannia , Kanada , az USA és Németország nemzeti metrológiai szolgálatai ellenellenőrzést végeztek ezen eszközökön, 1972 júliusában az Egyesült Államok Metrológiai Szolgálata elkészítette a szabványt a Josephsonon. csomópontok nemzeti szabvány, és 1990 januárjában ez lett a világszabvány [9] . A Josephson-szabvány 5 · 10 -9 csökkentett relatív hibával  a legstabilabb és legpontosabb feszültségforrás, de folyékony héliummal történő hűtést igényel , ezért csak laboratóriumi körülmények között alkalmazható [8] [2] .

Klasszikus integrált ION-ok

1966-ban a National Semiconductor piacra dobta a Bob Widlar által tervezett LM100-at , az első integrált feszültségszabályozót. Az LM100 referenciafeszültséget egy síkbeli zener-dióda állította be, amelyet közvetlenül a chip chipben alakítottak ki. 1970 elején a Widlar piacra dobta az első háromterminális integrált szabályozót, az LM109-et. Ebben a mikroáramkörben először a Widlar által feltalált három tranzisztoros sávszélességet használták  – egy feszültségforrást, amely megközelítőleg megegyezik a sávszélességgel [10] . Egy évvel később a National Semiconductor kiadta a Widlar és Bob Dobkin által kifejlesztett LM113-at , egy kéttűs, 1,220 V-os sávszélességű IC-t, amelynek TCH-ja nem haladja meg a 100 ppm/°C-ot [10] . 1974-ben Paul Brokaw feltalált egy másik, két tranzisztoros sávszélességű topológiát, amely lényegesen jobb referenciapontosságot biztosított, és ezzel meghódította a piacot. Widlar folytatta a fejlesztést, és 1976-1977-ben új topológiák családját javasolta, amely alapján megépült az első részsáv - egy precíziós ION a sávrésnél lényegesen kisebb feszültséghez (200 mV - LM10, 1977).

Az 1970-es évek elején az iparnak még nem volt szüksége rendkívül stabil, precíziós referencia referenciákra. Az évtized közepén jelentkezett rájuk a kereslet, amikor megkezdődött az első integrált digitális-analóg és analóg-digitális átalakítók gyártása [11] . Sem a zener-diódák, sem az első generációs sávszélességek nem feleltek meg a DAC és az ADC tervezőinek hőmérséklet-drift követelményeinek. Egy lényegesen pontosabb eszköz, a rejtett szerkezetű zener dióda (SSS) először 1974-ben jelent meg diszkrét változatban, majd 1976-ban a National Semiconductor kiadta a Dobkin által kifejlesztett LM199-et – az első integrált SSS-t 6,95 V-on [12] (a szovjet ). analóg a 2S483 [13] ). A beépített termosztátnak és az áramerősítőnek köszönhetően az új mikroáramkör garantált maximális TCH 1 ppm/°C és tipikus TCH 0,3 ppm/°C volt 7 μV -nál nem nagyobb hangfrekvencia tartományban. effektív érték [14] . Az LM199 megjelenésével az ION áramkör két ágra oszlott: drága integrált ION-ok a CCC-n a legkritikusabb feladatokhoz (ADC-k mérése, feszültség szabványok), és olcsó, de kevésbé pontos sávszélességek mindenki más számára (feszültségstabilizátorok, tápellátás). ellátási monitorok). A Dobkin által kifejlesztett LTZ1000, amely 1987-ben lépett piacra, a mai napig a legpontosabb soros integrált referencia referencia, és a legpontosabb szilárdtest-laboratóriumi szabványokban használják. Gyártójuk, a Fluke 1 ppm/év időbeli instabilitást és 0,1 ppm/°C SV-t állít [15] [8] [16] . Itt figyelembe kell venni, hogy az LTZ1000 kimenő feszültségének abszolút értékét csak hozzávetőlegesen határozzák meg, és csak a pontosabb (elsődleges) berendezésen végzett mérés és a mérési érték feltüntetése az útlevélben egy adott termék esetében teszi lehetővé. ez egy referenciaeszköz a szükséges metrológiai jellemzőkkel. Lásd például a táblázatot. 8. cikk [17] . Ez az ION így eltér a kevésbé pontos, de használatukat tekintve mégis elsődleges, az LTC6655 sorozatú ION-tól stb., ahol a műszaki dokumentációban a keletkező feszültség és annak bizonytalansága szerepel.

Legújabb fejlemények

Az 1980-as és 1990-es években az áramkörök, a technológia fejlesztése és a lézeres hangolás bevezetése lehetővé tette a kétféle eszköz közötti minőségi különbség csökkentését [18] . A 2000-es évek elején megjelentek a piacon a „szuper bandgapek”, a bandgapek új generációja, kiváló kezdeti pontossággal és alacsony zajszinttel [19] . 2005-re a "superbandgaps" az egyes pontossági mutatók tekintetében egyenlő volt a CCC-vel, de a mutatók összességét tekintve nem tudta felülmúlni őket [19] .

1997-ben az Analog Devices egy alapvetően új típusú ION-t dobott piacra XFET védjegy alatt [20] . Az ilyen eszközök áramkörei a Brokaw bandgap-re emlékeztetnek, amelyben a bipoláris tranzisztorokat térhatású tranzisztorok helyettesítik . Hasonló topológiával azonban az XFET teljesen más működési elvet használ - a szilícium dielektromos állandójának közvetett mérését a térhatású tranzisztor csatornájában . Ez a mutató a pn átmenet feszültségéhez hasonlóan a hőmérséklet emelkedésével csökken, de kiszámíthatóbb, és a TKV-ja stabilabb, mint a pn átmenet TKV-ja valós áramkörben. Az Analog Devices új eszközök fejlesztésébe kezdett, hogy leküzdje a bandgap és az eltemetett zener-diódák alapvető korlátait, és a projekt összességében sikeres volt. A 2. és 3. generációs XFET TCR (3 ppm/°C) még mindig lényegesen rosszabb, mint a legjobb Zener RC TCR, de jobb, közel lineáris feszültség-hőmérséklet alakja van, kevesebb zajjal, kisebb időeltolódással, és még mindig egy XFET sokkal olcsóbb [21] [8] .

2003-ban a Xicor (2004 óta az Intersil részlege ) kiadott egy másik, alapvetően új típusú ION-t, az FGA -t [22] . Ezen eszközök működési elve, valamint a nem felejtő memória mikroáramkörök működési elve a töltés hosszú távú tárolásán alapul egy térhatású tranzisztor szigetelt kapuján . Az FGA szó szerint "emlékezik" az analóg feszültségre, amelyet a CMOS - struktúra mélyén "rögzítettek" [22] . Az első generációs FGA garantált "memória" élettartama tíz év volt, és a pontossági paraméterek összehasonlíthatók a legjobb sávszélességgel, alacsonyabb tápárammal (kevesebb, mint 0,8 μA memóriacellánként puffererősítővel) [22] .

Így a 21. század elején négy különböző típusú precíziós integrált referenciareferencia versenyzett a piacon: rejtett szerkezetű zener dióda, superbandgap, XFET, FGA. 2005-re a lélektanilag fontos mérföldkövet - 1 ppm/°C-os TKN-t - több CCC-alapú IC, több superbandgap és az első generációs FGA öt voltos változata [22] (2012-ben nem adták ki [23] ) túlszárnyalta. . Csak az Egyesült Államokban gyártják sorozatban a saját tervezésű precíziós ION-okat az Advanced Linear Devices , Analog Devices , Fairchild Semiconductor , Intersil , Linear Technology , Maxim Integrated Products , Microchip Technology , Microsemi , National Semiconductor , ON tech Philips , S , em Semiconductor , A Texas Instruments (amely felszívta a Burr- Brownt ) és az Apex Microtechnology (a chipek gyártója, amelyet a megszűnt Thaler Corporation fejlesztett ki ) [24] .

Alkalmazások

Főbb adatok

Az ION fő funkciója - ismert feszültség generálása - meghatározza fő jellemzőit: " pontosság " és " stabilitás " [25] . Ezeket a fogalmakat, csakúgy, mint a „ hiba ”, „ sodródás ” és „ zaj ” fogalmát az egyes iparágakban eltérően definiálják: a metrológusok , a mérőműszerek tervezői és a hagyományos, nem precíziós elektronikai eszközök tervezői hasonlóképpen fogalmaznak, de nem egybeeső követelmények az ION-ra vonatkozóan [26] . Az Orosz Föderációban nincsenek olyan állami szabványok , amelyek meghatározzák a referencia feszültségforrások mutatóit. A kétkimenetes integrált ION (zener-diódák analógjai) esetében a diszkrét zener-diódákra kidolgozott szabványok alkalmazhatók, a háromkimenetes ION esetében a lineáris feszültségstabilizátorok szabványai. Feszültségstabilizátorok indikátorkészletei a GOST 19480-89 „Integrált mikroáramkörök. Az elektromos paraméterek fogalmai, meghatározásai és betűjelei” és a GOST R 52907-2008 „Tápegységek. A kifejezések és definíciók különösen az egymást metsző, de nem azonos kimeneti feszültség-drift [27] (GOST 19480-89) és a hosszú távú instabilitás (GOST R 52907-2008) [28] meghatározásaiban különböznek .

Az integrált RP-k műszaki dokumentációját, amelyek többségét amerikai vállalatok fejlesztik, pontosan az amerikai iparban kidolgozott szabványok szerint állítják össze. Az ION-karakterisztika legteljesebb készlete a precíziós ADC-k tervezőinek igényeit tükrözi, és a számukra legfontosabb indikátorok a jelentőségük szerint csökkenő sorrendben: a referenciafeszültség kezdeti eloszlása ​​(a referenciafeszültség kezdeti eltérése a névleges értéktől) , a referenciafeszültség hőmérsékleti együtthatója és annak hosszú távú sodródása ("instabilitás hosszú távú befogadásnál" a GOST R 52907-2008 [28] értelmében ) [29] . Minél kevésbé szigorú követelmények vonatkoznak az ION pontosságára, annál szűkebb a normalizált mutatók halmaza. Olcsó feszültségstabilizátorok esetén az egyetlen pontossági mutató normalizálható - a kezdeti szórás [30] vagy a kimeneti feszültségváltozások megengedett tartománya (felső és alsó határ). Ez az utolsó lehetőség (értéktartomány), amelyet a GOST 19480-89 [31] fordítói alapul vettek .

Kezdeti terjedés

A kimeneti feszültség kezdeti terjedését az ION kimenet egyenfeszültségének maximális eltéréseként határozzuk meg a névleges feszültségtől az IC első bekapcsolásakor. A kezdeti terjedést általában normál hőmérsékleten (+25°C) és a gyártó névleges bemeneti feszültségén és kimeneti áramán mérik. Zener-diódák esetén a kezdeti szórás elérheti a névleges érték 5%-át, az integrált ION-ok esetében ±1% (legrosszabb pontosság) és ±0,01% vagy ±100 ppm között mozog [30] . A kezdeti terjedés, hacsak a dokumentáció másként nem rendelkezik, nem tartalmazza a megengedett feszültségeltolást, amely akkor fordul elő, amikor a chipet a táblához forrasztják .

Feszültség hőmérsékleti együttható

A TKN szűkebb értelemben egy differenciálmutató , amely megegyezik a kimeneti feszültség relatív változásának és az azt okozó környezeti hőmérséklet kismértékű változásának arányával, minden más tényező azonossága mellett [30] . Az integrált ION-ok dokumentációjában ezt a paramétert általában eltérően, a „téglalap módszerrel” határozzák meg: TKN egyenlő a gyártó által garantált maximális és minimális kimeneti feszültség különbségének arányával minden üzemi hőmérsékleten névleges bemeneti feszültség mellett, ill. kimeneti áram, az üzemi hőmérsékleti tartomány szélességéhez: [32]

[32]

Az így meghatározott integrálmutató csak az üzemi hőmérsékletek szélein a korlátozó feszültségeltolódás becslésére alkalmas, alacsonyabb hőmérsékleti intervallumokban nem ajánlott használni [33] . A helyzet az, hogy a lineárishoz közeli függés csak az XFET és FGA típusú precíziós eszközökre jellemző, valamint az egyszerű sávszélességekre, amelyek jelentősen eltérnek a számított „igazítástól”, és nem estek át finomhangoláson. A helyes „igazítással” vagy annak egyedi beállításával az egyszerű sávszélességeket és a zener dióda ION-okat parabolikus karakterisztika jellemzi, a sávszélességeket és a zener dióda ION-okat a nemlinearitás korrekciós áramkörrel S-alakúak (parabola vágott púccsal) [33 ] ] . Egy ilyen görbe vonalú karakterisztika differenciális TKN értéke jelentősen eltérhet az integrálmutatótól [33] .

Minden típusú olcsó kereskedelmi integrált ION TKN értéke 10 ppm/°C-ra korlátozódik [34] . A bandgapek és a zener-dióda ION-ok TCH-jának 5 ppm/°C alá csökkentése a technológia költségének jelentős növekedését igényli, a sorozattermékek garantált TCH-jának gyakorlati határa pedig 1 ppm/°C [34] ] . Kisebb TKN értékek csak különálló szuperprecíziós ION-sorozatokban lehetségesek rejtett rétegű zener-diódákon (Thaler VRE3050J - 0,6 ppm/°C a -40 ... +85 °C tartományban [35] ) .

A TCH további csökkentése csak az ION termikus stabilizálásával lehetséges , ami néhány fokra vagy fok töredékére szűkíti a kristály hőmérséklet-változási tartományát. Az első integrált, beépített spirális kristályfűtéssel és hőmérséklet-szabályozóval felszerelt ION, az LM199 már 1976-ban elérte az 1 ppm/°C-os TKH szintet, tipikus 0,3 ppm/°C érték mellett [14] . Az 1987 óta gyártott LTZ1000 soros rejtett rétegű zener dióda beépített fűtőberendezéssel a maximális garantált TKN 0,05 ppm/°C [36] . Az LM199-ben a kristály hőmérséklete +86 °C-on van stabilizálva [37] , azonban Fluke szerint az ilyen magas hőmérséklet nem optimális: az üzemi hőmérséklet +50 °C-ra csökkentése csökkenti a zener dióda hosszú távú sodródását. felére. A Fluke azt állítja, hogy az LTZ1000 alapú laboratóriumi szabványai garantáltan kevesebb mint 1 ppm évente [16] .

Az ION instabilitása mellett az ION eszköz elektromos vezetékeinek és a huzalozási vezetők különböző fémeinek összekapcsolásával létrejövő parazita hőelemek is hozzájárulnak a referenciafeszültség hibájához . A különböző kivezetések közötti hőmérséklet-különbség esetén a parazita hőmérsékletek EMF-je hozzáadódik az ION belső feszültségéhez, vagy levonható belőle. Tehát azokon a helyeken, ahol a mikroáramkörök vezetékeit nyomtatott áramköri lapra forrasztják, hőelemek képződhetnek, ami további hibát okoz, amelynek értéke a forraszanyagok közötti hőmérséklet-különbségtől függ. Az ilyen kompenzálatlan hőelemek által keltett instabilitás a legjelentősebb az alattomos vezetékekkel ellátott fémházakban lévő ION-ok esetében. Általában nincs feltüntetve a TKN ION útlevél specifikációiban [38] .

.

Sodródás és zaj

Az orosz GOST-ok nem határoznak meg pontos határt a sodródás („az integrált áramkör kimenetén a feszültségváltozás legnagyobb értéke egy adott időintervallumban, egyéb destabilizáló tényezők hiányában” [27] ) és a zaj („feszültség egy integrált áramkör kimenete egy adott frekvenciasávban nullával egyenlő bemeneti feszültségen” [39] ) az integrál ION. Az IC dokumentációjában 0,1 Hz frekvencián húzzák meg a határt a sodródás és a zaj között [40] .

Hosszú sodródás

Az ION hosszú távú működése során két különböző típusú sodródás figyelhető meg: a rövid távú drift - a kimeneti feszültség véletlenszerű eltérései 0,1 Hz alatti frekvenciaspektrummal, valamint a hosszú távú drift, általában szisztematikus növekedés, ill. a referenciafeszültség csökkenése több száz és több ezer órás időközönként [41] . A hosszú távú sodródás relatív sebessége, amely a GOST R 52907-2008 szabványban „részleges instabilitás a hosszú távú működés során” [28] definíció  szerint az ION instabilitás harmadik legfontosabb összetevője [41] .

Idővel a hosszú eltolódási sebesség csökken, és a kimeneti feszültség stabilizálódik. A gyártók általában meghatározzák az első 1000 üzemórában megengedett maximális eltolódást ppm /ezer óra egységben (ppm/1000h, ppm/kHr). A legalacsonyabb drift-arány, 5-10 ppm/1000 óra, a rejtett szerkezetű zener-diódák RC-re és a lebegőkapu tranzisztorok RC-re jellemző. A sodródás sebessége és iránya ezen időszak után általában nem szabványosított. A Linear Technology dokumentációja kijelenti, hogy a sodródási sebesség exponenciálisan csökken, míg a második ezer órára vonatkozó drift értéke körülbelül háromszor kisebb, mint az első ezer órában, és így tovább [42] . Az Intersil dokumentációja normalizálja a drift abszolút értékét a mikroáramkör teljes élettartamára, és az első ezer óra driftjét referenciaként adják meg [43] .

Az elsodródásmérés nem triviális feladat, amely különösen stabil mérőműszereket és a mérőállvány hosszú távú hőmérséklet-szabályozását igényli. Bob Pease felidézte, hogy az LM199 első évében „…nagyszerű [akkoriban] hat számjegyű DMM-et használtunk … és kiderült, hogy az összes tesztelt chip szinkronban sodródott. Más típusú vezérlő ION-ok [galvanikus cellák, bandgapek, zener-diódák] is szinkronban sodródtak [LM199 mintákkal]. A DMM-ben lévő ION volt a tettes.” [44]

Nincs egyetértés abban, hogy a sodródás stabilizálható-e gyorsított elektromos termikus edzéssel . Linden Harrison rámutat, hogy a tapasztalt tervezők a forrasztás előtt egy hétig 125°C-on képezik a forgácsokat, abban az elvárásban, hogy a " hevítés " enyhítse a chipben felgyülemlett mechanikai feszültségeket [41] . Bob Pease a "befutást és a termikus kerékpározást" ajánlotta, hogy ne csak egy drift platót érjen el, hanem az instabil mintákat is elutasítsa [45] . A lineáris technológia mérnöke, John Wright azzal érvel, hogy az Arrhenius-egyenlet nem vonatkozik a chipek képzésére, és a gyorsított "drift-stabilizálás" lehetetlen. Wright szerint a képzésnek csak a kész PCB szintjén van értelme [46] .

Zaj

A precíziós ION-ok zaját általában két frekvenciatartományban normalizálják: 0,1-10 Hz és 10-1000 Hz [40] . A zajszűrés aktív vagy passzív RC szűrőkkel csak a felső tartományban alkalmazható. 10 Hz alatti frekvenciákon a szűrőkondenzátorok számított kapacitása , és ezzel együtt a kondenzátorokon keresztül várható szivárgási áramok annyira megnövekednek, hogy a szivárgóáramok „hozzájárulása” az ION instabilitásához meghaladja a szűrésből származó előnyöket.

A zajfeszültséget általában csúcs-csúcs közötti zajfeszültségként adják meg [40] . Az RMS zajfeszültség körülbelül 6-szor kisebb, mint ez az érték:

[40]

A „szuperprecíziós” ION-ok zajfeszültség-ingadozása a 0,1–10 Hz-es sávban mérve 1,5 és 5 μV között mozog [47] (referenciaként az integrált lineáris stabilizátor ugyanazon mutatója általában a kimeneti feszültség 0,01%-a , vagy 500 µV-tól 5 V-ig terjedő kimeneti feszültség [48] ). A jó minőségű mérő ADC-kben a csúcstól csúcsig terjedő zajtartomány nem haladhatja meg a legkisebb értékű számjegy 10%-át [49] [50] , ezért alacsony zajszintű referencia az 5-ös feszültséghez 1,5 μV zajszint mellett. (0,3 ppm csúcs-csúcs, pl. LTC6655 [42] ) legfeljebb 18 bites konverterek [51] követelményeinek felel meg .

Termikus hiszterézis

A szilíciumkristály, a kristálytartó, a mikroáramkör-csomag és a nyomtatott áramköri lap anyaga eltérő hőtágulási együtthatóval rendelkezik . A melegítés során fellépő egyenetlen tágulás mechanikai feszültségeket hoz létre a kristályban , amelyek még a normál hőmérsékletre való lehűlés után is fennmaradnak [46] [33] . Ennek eredményeként termikus hiszterézis lép fel: a fűtési-hűtési ciklus végén az ION feszültség nem esik egybe a ciklus eleji feszültséggel [52] .

Ennek a jelenségnek a minősítése viszonylag új keletű gyakorlat [52] . A mikroáramkörök dokumentációjában a termikus hiszterézis a kimeneti feszültségek  közötti maximális várható különbség a termikus vizsgálati ciklus elején és végén. A tipikus értékek ±25 ppm, vagyis a kimeneti feszültség ±0,0025%-a [52] . A kezdeti és végső feszültségeket mindig normál hőmérsékleten (+25 °C) mérjük, és a vizsgálati ciklus időtartama és hőmérséklet-tartománya jelentősen változhat. Ritka esetekben a gyártók normalizálják a hiszterézist különböző intenzitású ciklusokra (LT1461 a 0...70 °C, -40...85 °C és -40...125 °C ciklusokra), és közzéteszik annak eloszlásának hisztogramját . amplitúdóban és előjelben [46] [53] .

A termikus hiszterézis speciális esetei figyelhetők meg, amikor egy kristályt kristálytartóra szerelnek, és amikor egy mikroáramkört nyomtatott áramköri lapra forrasztanak. A flexibilis vezetékes fémcsomagolású mikroáramköröket ezek a jelenségek kevéssé érintik, a merev vezetékes mikroáramkörökben pedig a csomagolás során a referenciafeszültség-eltolódás elérheti a 0,5%-ot [54] . A forrasztás során a feszültségeltolás általában nem szabványos: a hiszterézist a próbapad szerelőlapjaiba szerelt mikroáramkörökön mérik. Az Analog Devices dokumentációja kimondja, hogy a megadott kezdeti feszültségszórás nem tartalmazza a forrasztási eltolást [55] . A Lineáris Technológia dokumentációja hisztogramokat ad az amplitúdó eltolódásának eloszlásáról (LT1461 - szórás -300-ról +100 ppm-re, átlagosan -110 ppm), és megbecsüli a normál működés során bekövetkező "zsugorodás" mértékét [53] .

Összehasonlító táblázat

A modern precíziós ION-okra normalizált főbb mutatókat, a különböző topológiákra jellemző értékeket és az egyes topológiák kiválasztott képviselőinek jellemzőit az összehasonlító táblázat tartalmazza [56] . Annak érdekében, hogy a különböző mikroáramkörök abszolút és relatív mutatói is összehasonlíthatóak legyenek, csak +5 V kimeneti feszültségű mikroáramkörök kerültek kiválasztásra. A zener-diódákon és bipoláris tranzisztorokon felsorolt ​​eszközök mindegyike különbözik a nagy (mA egységekben) fogyasztott áramban. . Az áramerősség csökkenése lehetséges, de ez elkerülhetetlenül együtt jár a zaj növekedésével. A kis (tíz µA) áramok és az alacsony (10 µV-ig terjedő) zajszintek kombinációja csak lebegőkapu tranzisztorokon alapuló ION -okban lehetséges , de még ezen a topológián belül is van a zajszint fordított áramfüggősége. Alapértelmezés szerint minden precíziós paraméter negatív és pozitív értéket is felvehet, a ± előjel a műszaki dokumentációból kimarad.

Index Mértékegység
_		 A precíziós integrált hivatkozások alapvető topológiái
Rejtett szerkezetű zener diódákon Superbandgaps PT differenciálpáron (XFET) FET lebegő kapu (FGA)
Tipikus
értékek [a 1]		 Thaler
VRE3050 [a 2]		 Tipikus
értékek [a 1]		 Lineáris
LTC6655 [a 3]		 Tipikus
értékek [a 1]		 Analóg eszközök
ADR425B [a 4]		 Tipikus
értékek [a 1]		 Intersil
ISL21009 [a 5]
Kezdeti szórás % 0,02% 0,01% 0,04% 0,025% 0,04% 0,04% 0,01% 0,01%
Hőmérséklet-együttható
a kristály hőmérséklet-szabályozása nélkül
 ppm/°C <2 0,6 max.
0,3 típus.		 <3 2 max.
1 típus.		 <3 3 max.
1 típus.		 3 3
Hőmérsékletre jellemző forma S alakú közel a lineárishoz
hosszú sodródás ppm/1000h húsz 6 40 60 40 ötven tíz körülbelül 10 [a 6]
Termikus hiszterézis ppm/ciklus - 1 [a 7] - 30 [a 8]
60 [a 9]		 - 40 - 50 [a 10]
Zajfeszültség a 0,1-10 Hz sávban µV csúcs-csúcs 3 3 tíz 0.1 - 3.4 - 4.5
Zajfeszültség a 10-1000 Hz sávban µV effektív érték 3 5 tíz 0,67 - Nem szabványosított - 2.2
Üresjárati áram (minimális áramfelvétel) [a 11] mA 2,4 max. négy 0,75 7 - 0.6 - 0,18 max.
0,095 típus
Finomhangolási lehetőség a táblán Igen ±5 mV Talán Nem Igen ±0,5% V REF Igen ±2,5% V REF
Üzemi hőmérséklet tartomány °C 0…+70 -40…+85 -40…+85 −40…+125 −40…+125 −40…+85 [a 12] −40…+125
Táblázat megjegyzései
  1. ↑ 1 2 3 4 Harrison, L. Áramforrások és feszültségreferenciák . - Newnes, 2005. -  434. o . — 569 p. — ISBN 9780750677523 .
  2. ↑ VRE3050: Alacsony költségű precíziós referencia . Thaler Corporation (2000-07-01). Letöltve: 2012. november 1. Az eredetiből archiválva : 2012. november 26.. . VRE3050J sorozat adatai. 2012-ben az Apex Microtechnology gyártotta, amely a Cirrus Logic cégtől vált ki, és örökölte az ION Thaler vonalat.
  3. ↑ LTC6655: 0,25 ppm zaj, alacsony eltolódású, precíziós pufferelt referenciacsalád (hivatkozás nem érhető el) . Lineáris technológia (2009). Letöltve: 2012. november 1. Az eredetiből archiválva : 2010. április 1.. 
  4. ↑ ADR420/ADR421/ADR423/ADR425: Ultraprecíziós, alacsony zajszint, 2.048V/2.500V/3.00V/5.00V XFET® feszültségreferenciák . Analóg eszközök (2001-2011). Letöltve: 2012. november 1. Az eredetiből archiválva : 2013. január 8.. . ADR425B sorozat adatai
  5. ↑ ISL21009: Precíziós nagyfeszültségű bemenet, alacsony zajszintű FGA™ feszültségreferenciák . Intersil (2009-09-16). Letöltve: 2011. november 1. Az eredetiből archiválva : 2013. január 8.. . ISL21009BFB850Z sorozat adatai.
  6. ↑ A sodródás a teljes élettartamra normalizálva - 50 ppm 10 évig. Az első 1000 óra sodródási értékelése "körülbelül"
  7. ↑ A működési tartományon belüli hőmérsékletváltozásokhoz
  8. ↑ Amikor a hőmérséklet -0 és +70 °C között változik
  9. ↑ Amikor a hőmérséklet -40 és +125 °C között változik
  10. ↑ Tesztciklus +25 °C → +125 °C → -25 °C → +25 °C
  11. ↑ Az üresjárati áram fogalma a soros (három kimenetes) eszközökre vonatkozik, a minimális áram fogalma - mindenre, beleértve a párhuzamos (két kimenetű) is.
  12. ↑ Alacsony hőmérsékleten, egészen -195°C-ig érvényesítve, lásd Patterson, R.; Hammoud, A. Precíziós úszókapu analóg feszültségreferenciák teljesítménye kriogén hőmérsékleteken  // NASA Electronic Parts and Packaging. - 2005. - 2005. december szám .

Egyszerű ION-ok

ION a zener diódákon

Bandgaps

A sávszélesség - a félvezető sávszélessége  által meghatározott feszültségforrások - működési elve a közvetlenül előfeszített pn átmenet feszültségének az áramtól és a hőmérséklettől való alapvető függésén alapul . Rögzített áramerősségnél ez a feszültség lineárisan csökken a hőmérséklet emelkedésével, körülbelül -2 mV/°C TKV mellett. Ha ezt a feszültséget hozzáadjuk egy másik áramköri elem feszültségéhez, amelyen a feszültség arányos az abszolút hőmérséklettel, akkor a két tag helyes skálázásával ezek hőmérsékleti együtthatói kompenzálják egymást, és a két feszültség összege, Az első közelítés megegyezik a használt félvezető sávszélességével T = 0 K mellett , és nem függ a hőmérséklettől.

Az „egyéb elem” általában egy bipoláris tranzisztor pár diódakapcsolatban, amelyek különböző áramsűrűséggel működnek. A tranzisztorok emitter csomópontjainál a feszültségek különbsége csak a hőmérséklettől és az áramsűrűség arányától függ. Abszolút értéke a valós áramkörökben nem haladja meg a 100 mV-ot, ezért a két TKN pontos kompenzálásához 5 ... 15-szeresére kell erősíteni. A legelterjedtebb sávszélességű áramkörben, amelyet Paul Brokaw javasolt az 1970-es évek közepén, ugyanaz a tranzisztorpár szolgál mind az abszolút hőmérséklettel arányos feszültség (PTAT-feszültség), mind a hőmérséklet emelkedésével csökkenő feszültség (CTAT feszültség) forrásaként. , a méretezést és a tagok összegzését pedig egy egyszerű osztó végzi két ellenálláson . A technológiai paraméterek elkerülhetetlen szóródása az ilyen áramkörök közepes pontossági mutatóit okozza: a kezdeti szórás általában a kimeneti feszültség ±3%-a, a legfejlettebb áramkörökben pedig ±1,6% [57] . A több száz mV-os referenciafeszültséget előállító úgynevezett subbandgap -ben a szórás még nagyobb - ± 3,6%-ig [58] . A komponensek pontos "központosításával" a referenciafeszültség hőmérsékleti karakterisztikája jellegzetes parabola alakú, maximummal az üzemi hőmérséklet-tartomány közepén. A működési tartomány szélein a feszültség a maximum körülbelül 0,2%-ával esik le. Az ideális központosítástól való eltérések esetén a hőmérsékleti karakterisztika púpja túlléphet az üzemi hőmérsékleti tartományon, és a megfigyelt hőmérsékleti karakterisztika megközelíti a lineárist. A feszültség hőmérsékleti együtthatója nemlinearitású kompenzáló áramkörök segítségével csökkenthető, a feszültségszórás a mikroáramkörök egyedi beállításával csökkenthető, a sávszélességekben rejlő magas zajszint pedig szinte lehetetlen csökkenteni.

Minden hiányosságuk ellenére az egyszerű sávszélességeket tömegesen használják a lineáris stabilizátor- és feszültségfigyelő mikroáramkörökben (78XX család , TL431 ) és a műveleti erősítőkben . Alacsony feszültségű áramkörökben a sávszélességek nélkülözhetetlenek: a zener-diódákkal ellentétben a "közönséges" sávszélességek +2 V tápfeszültségen, az alsávok pedig +1,0 V feszültségen működnek.

A kiegészítő MIS tranzisztorokon alapuló memóriachipek ION-ja

A modern memóriachip a referenciafeszültség beépített forrásainak és stabilizátorainak (szabályozóinak) egész készletét tartalmazza. A legtöbb memóriachip csökkentett tápfeszültséggel működik, amelyet a beépített ION állít be, és egy erős stabilizátor stabilizál. A tápfeszültségek csökkentése mindenekelőtt azért szükséges, hogy elkerüljük a szubmikron technológiával gyártott tranzisztorok meghibásodását. Az ION második alkalmazási területe az 1 Mbit -nél nagyobb kapacitású memória IC-kben használt differenciális kiolvasási erősítők küszöbfeszültségének beállítása [59] .

A CMOS technológiával, bipoláris hőérzékeny elemek használata nélkül épített egyszerű ION-okban a kimeneti feszültséget a V TP p-csatornás tranzisztor küszöbfeszültségével arányosan állítják be [60] . Memóriachipekben ez a paraméter körülbelül -0,4 V, anélkül, hogy figyelembe vennénk a hordozó hatását. Valójában a forrás-szubsztrát feszültséget figyelembe véve a V TP kétszer akkora lehet [61] . A T1 tranzisztor alacsony csatornaárammal működik, így a kapuforrás feszültsége megközelítőleg megegyezik a küszöbértékkel, és ugyanaz a feszültség esik az R1 ellenálláson és a T5 kapun. A T5 tükrözi a T1-en átfolyó áramot, tehát az R2-ből vett kimeneti feszültség az

[59]

Az ilyen eszközök első, az 1990-es évek elején kifejlesztett mintái a tápfeszültség instabilitása körülbelül 1% (10 mV/V) és a TCH 0,15 mV/°C [59] .

Precision IONs

ION rejtett szerkezetű zener diódákon

A hagyományos síkbeli zener-dióda áttörési árama a szilícium felülethez közeli rétegében koncentrálódik - a rácshibák és szennyeződések maximális koncentrációjával rendelkező rétegben. Ezek a szennyeződések és hibák okozzák a zener-dióda instabilitását és zaját. Teljesítménye javítható, ha a letörési áramot mélyen a kristályba, a pn átmenet rejtett szerkezetébe vezetjük a felszínközeli rétegnél kisebb áttörési feszültséggel [62] . A klasszikus epitaxiális technológiában, amely szerint az LM199 készült, a leendő zener-dióda helyén egy mély p + típusú vezetőképességű szigetet alakítanak ki, majd a bázis (p - ) és az emitter (n + ) szokásos diffúzióját. ) rétegeket hajtjuk végre [62] . A létrehozott diódastruktúra emittere a zener dióda katódja, a bázis pedig az anód. A felszínhez közeli rétegben ennek az átmenetnek n + -p - vezetőképességi profilja van, az alaprégió alján pedig - n + -p + [63] . Egy erősen adalékolt n + -p + átmenetnek kisebb a letörési feszültsége, mint a felületközeli n + -p - -rétegben, így a zener-dióda teljes fordított árama pontosan az alaptartomány alján van [64] .

A klasszikus eltemetett rétegű Zener-referenciák (LM199, LTZ1000) jellegzetes koncentrikus topológiával rendelkeznek. A kristály közepén egy zener-dióda található, a tranzisztorok közvetlenül szomszédosak - hőmérséklet-érzékelők, és körülöttük egy fűtőtekercset helyeznek el, szintén sík technológiával. Az ilyen IC-k rekordszinten alacsony TKN (LM199 - 0,3 ppm/°C, LTZ1000 - 0,05 ppm/°C [36] ), zaj (LTZ1000 - 1,2 μV p-p [36] ) és hosszú távú drift ( LTZ1000 - 2 μV / 1000 h [36] ) magas, néhány százalékos kezdeti feszültségszórás (LTZ1000 - 6,9-7,45 V) és nagy áraminstabilitás (LM199 - 0,5 mV / mA) értékei mellett [65] , LTZ1000 - 20 mV/mA ​​[36] ). A bejelentett mutatókat csak gondos hőmérséklet-szabályozással és az áramkör árnyékolásával, valamint a zener-dióda áramának merev stabilizálásával érik el.

ION térhatású tranzisztorok differenciálpárjain (XFET)

1997- ben az Analog Devices kiadta az integrált ION-ok első generációját XFET márkanéven ( angolul  Extra Implant FET  - „ field effect tranzistor with extra gate implantation ”) [66] . Ennek az ION-nak a magjának kapcsolási rajza hasonlít a Brokaw sávszélességű műveleti erősítős áramkörére, de az XFET működési elve teljesen más [66] . Az XFET CTAT elemet két forráskövető alkotja p-csatornás tranzisztoron pn átmenettel [66] . A két tranzisztor közül az egyik hagyományos, a második tranzisztor csatornájába pedig egy második, kiegészítő kapu van beültetve [66] . Az aktív áramforrások és a tranzisztorok kapufeszültségét szabályozó műveleti erősítő mindkét tranzisztorra egyenlő áramot és egyenlő lefolyóforrás feszültséget állít be [67] . Az áramok és a feszültségek egyenlősége csak akkor lehetséges, ha a két V SI1 és V SI2 tranzisztor kapuforrás feszültsége ΔV 12 -vel különbözik , ami körülbelül 0,5 V [67] . A ΔV 12 hőmérsékleti együtthatót , körülbelül -120 ppm/°C, a szilícium dielektromos állandója határozza meg a második tranzisztor kiegészítő csatornájában, és gyakorlatilag független a hőmérséklettől [67] . Stabil V REF feszültség jön létre a ΔV SI CTAT feszültség és az R1 referenciaellenállás PTAT áramesésének hozzáadásával, és a TKN finomhangolását az R1 lézeres trimmelés végzi:

[67] .

Az XFET-ek minden tekintetben felülmúlják a CCC legjobb precíziós sávszélességeit és ION-jait, kivéve két főt: a kezdeti toleranciát és a TKN-t [68] . Egy tipikus „A” sorozatú XFET referenciafeszültség TCR nem több, mint 3 ppm / ° C, a V REF kezdeti tűrése  nem több, mint 0,05% (500 ppm), a V REF külső precíziós ellenállásokkal állítható . 69] . Az XFET STAT elem alacsony és állandó TCI-je (20-30-szor alacsonyabb, mint a pn átmenet TCI-je sávszélességben) lehetővé teszi, hogy a hőmérsékleti karakterisztika nemlinearitására vonatkozó korrekciós sémákat nélkülözzük [70] . Az XFET IC áramfelvétele nem haladja meg az 1 μA-t, és a zajszint a térhatású tranzisztorok használatából adódóan lényegesen alacsonyabb, mint a sávszélességeké és az ION-é a CCC-n. A tipikus alacsony frekvenciájú (0,1-10 Hz) zajingadozás 4 mV csúcstól csúcsig [70] . Az XFET IC-ket autóipari hőmérséklet-tartományban (-40 ... +125 ppm / °C) történő működésre tervezték, nem nagyon érzékenyek a hőmérsékleti hiszterézisre és olcsók [68] . Linden Harrison szerint az XFET a legjobb választás a 4,1 és 18 V közötti tápfeszültségű rendszerek számára, kivéve a legigényesebb referenciafeszültség pontosságát [71] .

Floating Gate Transistor ION (FGA)

1967-ben Shi Min (akinek vezetéknevét tévedésből "Zi"-ként írták át oroszul) és Kang Daewon javasolta a lebegőkapus térhatású tranzisztor koncepcióját  – a nem felejtő memória egységcelláját [72] . 1971-ben az Intel szabadalmaztatta a Dove Froman által feltalált technológiát az ilyen cellák gyakorlati előállítására EPROM memóriához, 1978-ban és 1980-ban pedig feltalálták az azonos elven működő EEPROM -ot és flash memóriát [72] . 1979-ben a Xicor szabadalmaztatta az első lebegőkapu tranzisztor-struktúrákat, amelyeket analóg jelek, nem pedig bináris kód tárolására terveztek. Ennek a megközelítésnek a haszna nyilvánvalónak tűnt: egy analóg minta, például egy audiojel tárolásához elég egy memóriacella, egy digitalizált hang tárolásához 8, 10, 12 vagy több cella szükséges [72] . Az 1990-es években az Impinj és a Nuvoton cégek folytatták a "hangos" fejlesztési vonalat, és a Xicor az "analóg memórián" alapuló precíziós ION-ok létrehozására összpontosított [72] . A Xicor fejlesztői felhagytak azzal a vonzó ötlettel, hogy miniatűr analóg memóriát készítsenek, méretükben hasonlóak a logikai cellákhoz: az Impinj versenytársainak tapasztalata megmutatta egy ilyen megközelítés hiábavalóságát [72] . Ehelyett a Xicoron kifejlesztett ION-ok kiterjesztett lebegő kapukat használnak: minél nagyobb a kapu területe, annál könnyebben szabályozható a kapura írt töltés és az ION kimeneti feszültségének meghatározása [72] . Az első ilyen típusú sorozatgyártású IC-k 2003-ban jelentek meg FGA márkanéven ( eng.  Floating Gate Analog , „analogue IC on floating gates”), majd egy évvel később az FGA technológia fejlesztését az Intersil folytatta, amely felszívódott Xicor [72] [73] .

A 2012-ben sorozatban gyártott FGA típusú ION-ok 1 és 5 V közötti referenciafeszültségre vannak programozva [23] . A kezdeti FGA referenciafeszültség tűrése 0,01% (100 ppm) a legkisebb az összes integrált referencia között. A 2012-ben bemutatott legjobb minták nem haladják meg a 3 ppm/°C-ot [ 23 ] . Az FGA-k, az XFET-ekhez hasonlóan, előnyösen különböznek a bandgap-ektől és a zener-diódás CCC-ktől monoton, majdnem lineáris hőmérsékleti jellemzőikben [74] . A tápáram alapjáraton nem haladja meg az 1 μA-t. A szigetelt kapu normál töltésszivárgó árama másodpercenként néhány elektron, ami tíz év garanciát ad az FGA-ra [72] [75] . Linden Harrison szerint az XFET a legjobb választás az analóg-digitális rendszerekhez 5,1-9 V tápfeszültséggel és akár 24 bites felbontással [74] .

Az FGA IC-ket kiterjesztett kereskedelmi (-40...+85°C) és autóipari (-40...+125°C) hőmérséklet-tartományban való működésre tervezték. A NASA szerint az FGA IC-k alacsony hőmérsékleten –195 °C-ig tartják meg az útlevélteljesítményt [76] . Az FGA-k azonban érzékenyebbek az ionizáló sugárzásra , mint más ionok [77] . Röntgensugárzás hatására , ami jellemző az ipari hibaérzékelőkre és repülőtéri biztonsági rendszerekre , az ION feszültség körülbelül 12 ppm/ mrem [78] sebességgel esik le (a poggyászellenőrzés az amerikai repülőtereken eléri a 2 rem dózist [79] ) . Az FGA-t fém pajzsokkal kell védeni a sugárzástól: a tipikus nyomtatott áramköri lapokban használt két réteg rézfólia 8-szorosára csökkenti a sugárterhelést [80] . Még hatékonyabb védelem a 0,25 mm vagy annál nagyobb vastagságú cinkfólia [ 81] .

Az ION áramkörök tervezésének és működésének jellemzői

Finomhangolás

Ha a tervezett eszköz abszolút feszültségbeállítási pontosságot igényel, ami a soros integrált ION-okban nem érhető el, akkor a projektben lehetőség van ennek finomhangolására [82] . Az ilyen beállítást lehetővé tevő mikroáramkörök további vezérlőbemenettel rendelkeznek, és a feszültség-visszacsatoló hurkot lezáró precíziós potenciométerrel együtt történő működésre tervezték [83] . Annak elkerülése érdekében, hogy a potenciométer instabilitása rontsa az ION teljesítményét, célszerű vagy fémfóliás precíziós potenciométereket használni, amelyek hőmérsékleti ellenállási együtthatója (TCR) körülbelül ±10 ppm/°C, vagy vezetékes TCR-rel ellátott potenciométereket. körülbelül ±50 ppm/°C [83] . Az ilyen áramkörökben a digitális potenciométerek nem alkalmasak a magas TCR (500 ppm/°C-tól) és a fokozatos beállítás nagy lépése (kb. 20 mV) miatt [83] . A beállítást legalább kétszer javasolt elvégezni: az összeszerelt nyomtatott áramköri kártya elektromos hőképzése előtt és után [84] .

Az ION kimenet feszültsége precíziós, alacsony zajszintű műveleti erősítőkön alapuló külső skálázóerősítők segítségével is beállítható [84] . A szakirodalom sémákat ír le az ION kimenet abszolút feszültségének korrekciójára és a TKN semlegesítésére [85] .

AC bemeneti és kimeneti tolatás

A precíziós ION-okat általában már stabilizált és szűrt feszültség táplálja. Azonban még ilyen körülmények között is javítható a legtöbb ION teljesítménye, ha be- és kimeneteiket kondenzátorokkal földeljük [86] .

A gyártók nem határozzák meg a bemeneti kondenzátor kapacitását. Alapértelmezés szerint egy 10 µF-os elektrolitkondenzátor és egy 0,1 µF-os lemezkerámia kondenzátor párhuzamosan használható [87] . A kimeneti kondenzátor kapacitása közvetlenül befolyásolja a visszacsatoló hurok stabilitását, amelyet az ION takar, ezért a gyártók általában normalizálják [87] . Egyes mikroáramkörökhöz nem ajánlott a kimeneti kapacitás, másoknak éppen ellenkezőleg, 1-10 mikrofarad kimeneti kapacitás szükséges [87] . A megengedett kapacitás túllépése az ION öngerjesztését vagy a zajszint növekedését idézheti elő [88] .

Zajszűrés ION

A referenciafeszültség zajának csökkentésének legegyszerűbb módja a frekvencia szerinti szűrés, amely elnyomja a zaj nagyfrekvenciás összetevőit. Vannak precíziós ION-ok, amelyek kristályán már kialakultak az RC aluláteresztő szűrő ellenállásai  - csak csatlakoztatnia kell egy külső kondenzátort egy ilyen mikroáramkör speciális kivezetéseihez . Az összes többi ION-nak teljes értékű passzív vagy aktív aluláteresztő szűrőt kell használnia, amely a referenciafeszültség kimenetére van csatlakoztatva [89] .

A gyártók nem értenek egyet abban, hogy lehet-e szűrőt közvetlenül az ION kimenetre csatlakoztatni. Egyesek a szűrők közvetlen csatlakoztatását javasolják, mások tiltják. A második szakértői csoport szerint a szűrő és a bemeneti erősítő fokozatának RC áramköreinek együttes zaja, hosszú távú sodródása és instabilitása a szűrő kimenetén nemcsak a pontosságot, hanem a „javított” zaját is ronthatja. áramkör. Ennek elkerülése érdekében egy precíziós, alacsony zajszintű puffererősítőt kell csatlakoztatni az ION kimenet és a szűrő bemenet közé [90] .

A referencia zaj csökkentésének költséges, de hatékony módja, ha egy közös terhelésre több referenciát párhuzamosítanak ugyanazon a kiegyenlítő ellenállásokon keresztül. Egy ilyen ION akkumulátor abszolút zajszintje a párhuzamos mikroáramkörök számának négyzetgyökével fordított arányban csökken [44] .

Mechanikai igénybevétel elleni védelem

A nyomtatott áramköri lap mechanikai igénybevételei, amelyek a beszereléskor és a készülék későbbi működése során fellépnek, elkerülhetetlenül átkerülnek a mikroáramkör házára és tovább az ION kristályra, és befolyásolják annak kimeneti feszültségét. A fémcsomagolású mikroáramkörök nem nagyon érzékenyek a mechanikai igénybevételre, de minden más ION - mind a DIP-csomagokban, mind a felületre szerelhető csomagokban - még a kártya enyhe csavarására vagy hajlítására is reagál [91] . Annak érdekében, hogy a tábla mechanikai feszültségei ne kerüljenek át az ION kristályra, a mikroáramkört a tábla többi részétől átmenő vágással elválasztott „nyelvre” kell felszerelni. A szakirodalom egy tábla műszeres mérését LT1460 precíziós referenciával írja le: a tábla minden egyes mérsékelt hajlításánál a feszültségeltolás körülbelül 60 ppm volt normál táblán, és csak 10 ppm egy vágott táblán [92] . Segítség, de nem annyira hatékony, és a szokásos eszközök a deformációk csökkentésére: rugalmas állványok használata, a tábla méretének csökkentése, vastagabb textolit választása, az ION közelebb helyezése a tábla rövid éléhez. Nyelves táblákon a forgácsot a hosszú oldalával a nyelv mentén, a hagyományos táblákon - a hosszú oldalával a tábla rövid oldala mentén kell irányítani [92] .

Jegyzetek

  1. ↑ Harrison, 2005 , p. egy.
  2. ↑ 12. Harrison , 2005 , p. 321.
  3. ↑ Harrison, 2005 , pp. 1, 321.
  4. ↑ Harrison, 2005 , pp. 1, 321, 322.
  5. ↑ Katsnelson, B. V. et al. Elektrovákuumos elektronikus és gázkisüléses eszközök. Könyvtár. - 2. kiadás - M . : Rádió és kommunikáció, 1985. - S. 478-490.
  6. ↑ Harrison, 2005 , p. 1, 322.
  7. ↑ 1 2 3 4 5 Harrison, 2005 , p. 2.
  8. ↑ 1 2 3 4 Averbukh, V. Precíziós referencia feszültségforrások  // Dodeka. - 2000. Archiválva : 2016. március 4.
  9. ↑ 1 2 Tang, W. et al. Gyakorlati Josephson feszültségszabvány egy volton // A mérések, szabványok és technológia évszázados kiválósága . - National Institute of Standards and Technology , 1988. - P. 315-318. – (NIST speciális kiadvány).
  10. ↑ 12. Harrison , 2005 , p. 5.
  11. ↑ Harrison, 2005 , pp. 2, 5.
  12. ↑ Harrison, 2005 , pp. 7, 415-418.
  13. ↑ Mikroáramkörök lineáris tápegységekhez és alkalmazásuk, 1998 , p. 229.
  14. ↑ 12. Harrison , 2005 , p. 7, 323.
  15. ↑ Harrison, 2005 , p. 420.
  16. ↑ 12 Fluke Corporation . Gyakorlati megközelítés az egyenáramú referenciaszabványok fenntartására // Fluke Corporation . - 2000. - 6. o.
  17. ↑ xDevs.com | xDevs.com KX LTZ1000-alapú DC feszültség referencia kialakítás . Letöltve: 2019. április 15. Az eredetiből archiválva : 2019. április 9..
  18. ↑ Harrison, 2005 , p. 6.
  19. ↑ 12. Harrison , 2005 , p. tíz.
  20. ↑ Harrison, 2005 , p. 9.
  21. ↑ Harrison, 2005 , pp. 10, 422.
  22. ↑ 1 2 3 4 Harrison, 2005 , p. tizenegy.
  23. ↑ 1 2 3 Adatátalakítók > Feszültségreferenciák > Feszültségreferenciák. Parametrikus keresés . Intersil. Letöltve: 2012. november 7. Az eredetiből archiválva : 2013. január 8..
  24. ↑ Harrison, 2005 , pp. 361, 362, 429, 451.
  25. ↑ Whelan, 2009 , p. tizennégy.
  26. ↑ A kapcsolóüzemű tápegységek tervezőire vonatkozó speciális „ipari” követelményeket tárgyalja például Sandler, S. Are We Focused On The Wrong Reference Parameters?  // Teljesítményelektronikai technológia. - 2012. - 2012. január 31. szám .
  27. ↑ 1 2 GOST 19480-89, 2005 , 124. definíció.
  28. ↑ 1 2 3 GOST R 52907-2008, 2008 , 27. definíció.
  29. ↑ Harrison, 2005 , pp. 326, 327, 332.
  30. ↑ 1 2 3 Harrison, 2005 , p. 326.
  31. ↑ GOST 19480-89, 2005 , 107. definíció.
  32. ↑ 12. Harrison , 2005 , p. 328.
  33. ↑ 1 2 3 4 Whelan, 2009 , p. tizenöt.
  34. ↑ 12. Harrison , 2005 , p. 327.
  35. ↑ VRE3050: Alacsony költségű precíziós referencia . Thaler Corporation (2000-07-01). Letöltve: 2012. november 1. Az eredetiből archiválva : 2012. november 26.. . 2012-ben az Apex Microtechnology gyártotta, amely a Cirrus Logic cégtől vált ki, és örökölte az ION Thaler vonalat.
  36. ↑ 1 2 3 4 5 LTZ1000/LTZ1000A: Ultra Precision Reference . Lineáris technológia (1987). Letöltve: 2012. november 1. Az eredetiből archiválva : 2012. november 26..
  37. ↑ LM199/LM299/LM399 Precíziós referencia . National Semiconductor, Texas Instruments (2005). Hozzáférés dátuma: 2011. november 16. Az eredetiből archiválva : 2013. január 8.
  38. ↑ Sandler, S. Rossz referenciaparaméterekre koncentrálunk?  // Teljesítményelektronikai technológia. - 2012. - 2012. január 31. szám .
  39. ↑ GOST 19480-89, 2005 , 77. definíció.
  40. ↑ 1 2 3 4 Harrison, 2005 , p. 333.
  41. ↑ 1 2 3 Harrison, 2005 , p. 332.
  42. ↑ 1 2 LTC6655: 0,25 ppm zaj, alacsony eltolódású precíziós pufferelt referenciacsalád . Lineáris technológia (2009). Letöltve: 2012. november 1. Az eredetiből archiválva : 2013. január 30.
  43. ↑ ISL21009: Precíziós nagyfeszültségű bemenet, alacsony zajszintű FGA™ feszültségreferenciák . Intersil (2009-09-16). Letöltve: 2011. november 1. Az eredetiből archiválva : 2013. január 8..
  44. ↑ 1 2 Pease, Bob. Egyébként mi ez a hosszú távú stabilitási dolog?  // Elektronikus tervezés. - 2010. - 2010. július 20. szám .
  45. ↑ Pease, 2001 , p. 206.
  46. ↑ 1 2 3 Wright, J. Ne hagyja magát megtéveszteni a feszültségreferencia hosszú távú eltolódása és hiszterézise  // Lineáris technológia tervezési megjegyzés. - 2000. - DN-229 sz .
  47. ↑ Harrison, 2005 , pp. 334, 335.
  48. ↑ Pease, 2001 , p. 209.
  49. ↑ Harrison, 2005 , p. 334.
  50. ↑ Pease, 2001 , p. 196: "a zajkomponens csúcstól csúcsig akár 0,1 vagy 0,05 LSB is lehet."
  51. ↑ Harrison, 2005 , p. 334, tab. 12.3.
  52. ↑ 1 2 3 Harrison, 2005 , p. 335.
  53. ↑ 1 2 LT1461 Micropower Precision Low Dropout sorozatú feszültség referencia család . Lineáris technológia (2000). Letöltve: 2012. november 1. Az eredetiből archiválva : 2013. január 8..
  54. ↑ Camenzind, 2005 , p. 7-6.
  55. ↑ ADR420/ADR421/ADR423/ADR425: Ultraprecíziós, alacsony zajszint, 2.048V/2.500V/3.00V/5.00V XFET® feszültségreferenciák . Analóg eszközök (2001-2011). Letöltve: 2012. november 1. Az eredetiből archiválva : 2013. január 8.. . ADR425B sorozat adatai
  56. ↑ Vannak alternatív lehetőségek, amelyek azonban nem fedik le a topológiák teljes skáláját, például Davis, S. A Look At Voltage Reference ICs  // Power Electronics Technology. - 2011. - № 2011. szeptember 1 .
  57. ↑ Camenzind, 2005 , pp. 7-5, 7-7, 7-9. A megadott értékek a 0…+100 °C hőmérséklet-tartományra vonatkoznak.
  58. ↑ Camenzind, 2005 , pp. 7-12. A megadott értékek a 0…+100 °C hőmérséklet-tartományra vonatkoznak.
  59. ↑ 1 2 3 Rábai, 2007 , p. 824.
  60. ↑ Rábai, 2007 , p. 829, 830.
  61. ↑ Rábai, 2007 , p. 131, 132.
  62. ↑ 1 2 Mitchell, 1999 , p. tíz.
  63. ↑ Mitchell, 1999 , p. tizenegy.
  64. ↑ Mitchell, 1999 , pp. 10-11.
  65. ↑ Mikroáramkörök lineáris tápegységekhez és alkalmazásuk, 1998 , p. 230.
  66. ↑ 1 2 3 4 Harrison, 2005 , p. 421.
  67. ↑ 1 2 3 4 Harrison, 2005 , p. 422.
  68. ↑ 12 Harrison , 2005 , pp. 423-424.
  69. ↑ Harrison, 2005 , pp. 422-423.
  70. ↑ 12. Harrison , 2005 , p. 423.
  71. ↑ Harrison, 2005 , p. 424.
  72. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Rako, P. Az analóg lebegőkapu-technológia sajátja . EDN hálózat (2009-12-15). Archiválva az eredetiből 2013. január 8-án.
  73. ↑ Harrison, 2005 , pp. 424-425.
  74. ↑ 1 2 3 Harrison, 2005 , p. 426.
  75. ↑ Harrison, 2005 , p. 425.
  76. ↑ Patterson, R.; Hammoud, A. Precíziós úszókapu analóg feszültségreferenciák teljesítménye kriogén hőmérsékleteken  // NASA Electronic Parts and Packaging. - 2005. - 2005. december szám .
  77. ↑ Intersil, 2010 , p. egy.
  78. ↑ Intersil, 2010 , p. 2: 12 ppm/mrem = 60 µV/mrem 5 voltos referencia esetén.
  79. ↑ Intersil, 2010 , pp. 16.
  80. ↑ Intersil, 2010 , p. 3.
  81. ↑ Intersil, 2010 , p. 6: A 0,25 mm vastag cinkpajzs 10 mm vastag alumíniumlemeznek felel meg.
  82. ↑ Harrison, 2005 , p. 346.
  83. ↑ 1 2 3 Harrison, 2005 , p. 348.
  84. ↑ 12. Harrison , 2005 , p. 349.
  85. ↑ Harrison, 2005 , pp. 350-354.
  86. ↑ Harrison, 2005 , pp. 339, 341.
  87. ↑ 1 2 3 Harrison, 2005 , p. 340.
  88. ↑ Harrison, 2005 , pp. 340, 341.
  89. ↑ Harrison, 2005 , p. 341.
  90. ↑ Harrison, 2005 , p. 342.
  91. ↑ Mitchell, 1999 , p. 6.
  92. ↑ 1 2 Mitchell, 1999 , p. 7.

Források

  • GOST 19480-89. Integrált mikroáramkörök. Az elektromos paraméterek fogalmai, definíciói és betűjelei. - M . : IPK Standards Publishing House, 2005.
  • GOST R 52907-2008. A rádióelektronikai berendezések áramellátásának forrásai. Kifejezések és meghatározások. — M. : Standartinform, 2008.
  • Zee, S. M. Félvezető eszközök fizikája. - M . : Mir, 1984. - T. 1. - 456 p. - 16.000 példány.
  • Johnson, G., Graham, M. Nagysebességű digitális eszközök tervezése: Bevezető tanfolyam a fekete mágiából. - M. : Williams, 2006. - 624 p. — ISBN 5845908078 .
  • Mikroáramkörök lineáris tápegységekhez és alkalmazásuk. - 2. kiadás - M . : Dodeka, 1998. - ISBN 5878350211 .
  • Pease, R. Analóg eszközök gyakorlati elektronikája. - M. : DMK-Press, 2001. - ISBN 5940740049 .
  • Rabai, J. M. és munkatársai: Digitális integrált áramkörök. Tervezési módszertan. - 2. kiadás - M . : Williams, 2007. - 912 p. — ISBN 9785845911162 .
  • Shitikov, A. A referencia feszültségforrás kiválasztása  // Elektronikus alkatrészek. - 2002. - 3. sz . Az eredetiből archiválva : 2016. március 9.
  • Camenzind, H. Analóg áramkörök tervezése . - Virtualbookworm Kiadó, 2005. - 244 p. — ISBN 9781589397187 . Archiválva: 2018. március 10. aWayback Machine
  • Harrison, L. Áramforrások és feszültségreferenciák. - Newnes, 2005. - 569 p. – (Elektronika és elektromosság). — ISBN 9780750677523 .
  • Lojek, B. A félvezetőgyártás története. - Springer, 2007. - 387 p. — ISBN 9783540342571 .
  • Mitchell, L. A feszültségreferenciák megértése és alkalmazása  // Lineáris technológia . - 1999. - Sz. Pályázati megjegyzés 82 .
  • Nasraty, R. XFET™ hivatkozások  // Analog Dialogue. - 1998. - T. 32 , 1. sz .
  • Intersil Corporation. X-ray Effects on Intersil FGA References  // Intersil Application Notes. - 2010. - AN-1533 sz . - P. 1-6.
  • Intersil Corporation. Alkalmazási és tervezési feszültségreferencia  // Intersil alkalmazási megjegyzések. - 2005. - AN-177.0 sz . - P. 1-33.
  • Whelan, B. Hogyan válasszunk feszültségreferenciát  // Lineáris Technológiai Magazin. - 2009. - 2009. március szám . - P. 14-19.
  • Rako, P. A feszültségreferenciák állandóak  // EDN Europe. - 2010. - December 01. szám .