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对电压参考进行滤波以获得低噪声性能

Ron Mancini?? 德州仪器公司?? 2005年12月05日 ?? 收藏0
输出电压相对于电压参考的短期变化即为噪声。参考电压噪声一般发生在以下两个频段:短期噪声在0.1Hz~10Hz,宽带噪声在10Hz~1kHz。由于噪声电压一般与参考电压成正比,故常用每百万分之一 (ppm) 来表示噪声,并借此使每百万分之一值恒定。能隙(或带隙)电压参考具有介于3ppm~16ppm之间的噪声电压,但埋入式齐纳电压参考的噪声更低,介于0.1ppm~0.5ppm之间。噪声随参考电流的增加而减小,但增加参考电流并不是大多数电压参考的选项。因此,改进噪声性能的有效途径是采用外部噪声滤波器。滤波器可有效地减少噪声:噪声带宽减少100倍可使噪声减少10倍。

  图1a所示电路给出了一种典型的电压参考滤波器,其中负载电流流过R1,在R1上产生压降。R1C1提供滤波功能,但R1上压降所导致的调整损失要求使用一个额外的缓冲器(图1b)。缓冲器最多可将流过R1的电流减小至1 nA。当用户能用50Ω的R1及一个陶瓷电容来进行噪声滤波时,R1上的压降为0.05mV,可忽略不计。当C1为陶瓷电容且假设低频截断点足以获得所需性能时,则采用图1所示的电路。由于缓冲器也会给参考电压带来噪声,故将其配置成

带有可消除其内部噪声截断点的低通滤波器。

当C1为陶瓷电容且假设低频截断点足以获得所需性能


  当滤波器的-3dB截断点较低时,此电路配置会有一些问题。由于其压降限制了参考电压的精度,因此不能无限制地增加R1。您不能使用陶瓷电容,因为其容积效率有限,故应选择一个钽或铝电解电容。但此类电容又具有明显的泄漏电流(为其工作电压与温度的函数),因此电容泄漏电流ICL会流过R1而造成可破坏调整效果的压降。

  图2 所示电路可解决此电阻问题。将R1包括进反馈回路中,可通过除以大约134 dB的运放增益而减小R1上压降所产生的影响。这样,电容泄漏电流的作用即可忽略不计。R1上压降从输出电压摆幅中扣除,但如果负载电流小于10 mA的运放输出电流能力,则压降小于0.5V。由运放偏置电流所造成的R2两端的压降非常关键,因为它会增加参考电压的误差。当R2为2 kΩ时,其压降为2mV(1nA输入偏置电流);如果此压降太大,则减小R2值。

将R1包括进反馈回路中,可通过除以大约134 dB的运放增益而减小R1上压降所产生的影响


  滤波器位于运放输出端,因此-3dB截断点为1/2pR1C1的低通滤波器可减小电压参考及运放的噪声。R2C2网络通过在波特图上增加一个零点来确保稳定性。R2C2网络可引起噪声增益尖峰,因此用户应通过保持R2C2=2R1C1关系来减小放大器噪声增益尖峰。C1A可以是一个自谐振频率较低的铝电解电容;因此,可将陶瓷电介质电容C1B与C1A并联以保持较低的总电抗。只要保持峰值关系,此滤波器即可驱动高电容值负载(将负载认为是C1的一部分)。


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电压参考? 滤波? 低噪声?

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