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AD688是高精度±10 V参考电压

2023-06-08 00:47:00

特征

±10 V跟踪输出；开尔文连接；低跟踪误差：1.5 mV；低初始误差：2.0 mV；低漂移：1.5 ppm/℃；低噪声：6μV p-p；柔性输出力和感测终端；高阻抗接地感测；宽体SOIC和CERDIP封装。

一般说明

AD688是高精度的±10V跟踪基准。低跟踪误差、低初始误差和低温漂移AD688基准绝对±10V精度性能以前不可用的单片形式。AD688使用专利离子注入埋置齐纳二极管和激光晶片高稳定性薄膜电阻的漂移微调出色的表现。

AD688包括基本参考单元和三个附加放大器。放大器是激光修剪低偏移和低漂移，并保持参考精度。放大器的配置允许开尔文连接到负载和/或助推器，以驱动长线或大电流负载，在应用电路中需要时，提供AD688的全部精度。

低的初始误差允许AD688作为系统参考，用于要求12位绝对精度的精密测量应用。在这种系统中，AD688可以为系统校准提供已知的电压；因此可以消除周期性重新校准的成本。此外，使用AD688和校准软件可以消除微调电位器的机械不稳定性和不正确校准的可能性。

AD688有商业版。AD688在-40C到+85C的温度范围内，提供宽体16铅SOIC和16铅CERDIP封装。

产品亮点

1、精确跟踪。AD688提供精确跟踪±10 V开尔文输出连接，无需外部组件。跟踪误差小于1.5 mV，finetrim可用于要求+10 V和-10 V输出之间精确对称的应用。

2、准确度。AD688提供12位绝对精度，无需任何用户调整。为需要更高精度的应用提供可选的微调连接。微调不会改变齐纳或缓冲放大器的工作条件，因此不会增加温度漂移。

3、低输出噪音。AD688的输出噪声较低，通常为6μV p-p。使用外部电容器提供用于宽带噪声滤波的管脚。

绝对最大额定值

高于“绝对最大额定值”列出的应力可能对设备造成永久性损坏。这只是一个应力额定值，并不意味着设备在这些或任何其他条件下的功能运行高于本规范操作章节中所示的条件。长时间暴露于绝对最大额定值条件可能影响可靠性。

操作理论

AD688由埋入式齐纳二极管基准、放大器和相关薄膜电阻组成，如图3所示。温度补偿电路为装置提供1.5ppm/℃或更低的温度系数。

放大器A1执行多个功能。A1主要用于将齐纳电压放大到所需的20 V。此外，A1还提供通过引脚5（增益调整）对20 V输出的外部调整。使用齐纳输出和A1的非垂直输入之间的偏置补偿电阻，可以在降噪引脚（引脚7）处添加电容器，以形成低通滤波器并降低齐纳对电路的噪声贡献。两个匹配的12 kΩ标称薄膜电阻器（R4和R5）将20 V输出分成两半。

电路的接地感应由放大器A2提供。非垂直输入（引脚9）感应系统接地，并强制电阻器R4和R5的中点为虚拟接地。销12（BAL ADJ）可用于微调此中点传输。

放大器A3和A4是内部补偿的，用于缓冲引脚6和引脚8处的电压，并提供全开尔文输出。因此，AD688通过提供感测系统接地的方法以及参考该接地的强制和感测输出，具有全开尔文能力。

应用

AD688可配置为提供±10 V参考输出，如图4所示。AD68的架构提供了地面感测和未提交的输出缓冲放大器，为用户提供了大量的功能灵活性。AD688是在图4所示的配置中指定和测试的。用户可以选择利用AD688提供的其他配置选项；但是，这些配置中的性能不能保证满足严格的数据表规范。

无缓冲输出在引脚6和引脚8处可用。加载这些无缓冲的输出将损害电路性能。

放大器A3和A4可以互换使用。然而，AD688是通过图4所示的放大器连接进行测试的（并且保证规格）。当A3或A4未使用时，应将其输出力和感应针连接起来，并将输入端接地。

通过将A3和A4连接到插脚6或插脚8上的适当无缓冲输出，可以获得相同电压极性的两个输出。这些双输出配置的性能通常符合数据表规范。

校准

一般来说，AD688将满足精度系统的要求，无需额外调整。初始输出电压误差为2 mV，输出噪声规格为6μV p-p，允许精度为12至16位。然而，在需要更高精度的应用中，可能需要额外的校准。通过使用增益调整和平衡调整引脚（分别为引脚5和引脚12）进行微调。

AD688提供了一个精度为20V的跨距和一个中心抽头，该抽头与缓冲器和地感放大器一起使用，以实现±10V的输出配置。GAIN ADJ和BAL ADJ可用于微调20伏跨距电压的大小和跨距内中心抽头的位置。应首先进行增益调整。尽管微调在设备内不交互，但增益微调会在改变量程大小时移动平衡微调点。

图5显示了AD688的增益和平衡微调。每个微调使用100 kΩ20圈电位计。增益微调电位计连接在引脚6之间（五）和插脚8（V），雨刮器连接到插脚5高低（增益调整）。调节电位计，使其在放大器输出的引脚1和引脚15之间产生20伏的电压。然后，将平衡电位计（也连接在销6和销8之间，并将刮水器连接到销12（BAL ADJ））调整为将量程从+10 V调整到-10 V。

增益ADJ和BAL ADJ引脚上的输入阻抗约为150 KΩ。增益调节配平网络有效地将修整电位器上的20伏衰减了约1150的因数，以提供约5.8 mV至+12 mV的修整范围，分辨率约为900 V /匝（20匝电位器）。平衡调整微调网络将微调电压衰减约1250倍，提供±8 mV的微调范围，分辨率为800微伏/转。对AD688进行微调不会产生额外的温度误差，因此不需要精密电位器。当不需要平衡调整时，销12应保持浮动。如果不需要增益调整，则引脚5也应保持浮动。

噪声性能和降低

由AD688产生的噪声在0.1hz到10hz频带上通常小于6μV p-p。在1 MHz带宽中的噪声约为840兆V P P。该噪声的主要来源是掩埋齐纳，其贡献约为140 nV/z Hz。相比之下，运算放大器的贡献可以忽略不计。图6显示了典型AD688的0.1 Hz至10 Hz噪声。

如果需要进一步降低噪声，可以在降噪引脚和接地之间添加一个可选电容器，如图5所示。这将形成一个低通滤波器，在齐纳单元的输出上有5 kΩR。1μF电容器在32赫兹时有3分贝的点，并将高频噪声（降至1兆赫）降低至约250μV p-p。图7显示了典型AD688的1兆赫噪声，无论是否有1μF电容器。

开启时间

应用电源（冷启动）时，输出电压在规定误差范围内达到其最终值所需的时间是接通稳定时间。通常与此相关的两个组件是：有源电路稳定的时间和芯片上的热梯度稳定的时间。图8和图9显示了AD688的开启特性。它们显示沉降时间约为600微秒。请注意，当水平刻度扩展到图9中的2 ms/cm时，没有任何热尾。

当使用外部降噪电容器时，输出开启时间被修改。当存在时，该电容器向内部齐纳二极管的电流源提供额外的负载，从而导致稍长的通电时间。在1μF电容器的情况下，初始接通时间大约为100毫秒（图10）。

使用降噪功能时，需要在针脚6和针脚2之间安装一个20 kΩ的电阻器才能正常启动。

温度性能

AD688设计用于温度性能至关重要的精密参考应用。广泛的温度测试确保设备的高性能水平在工作温度范围内保持不变。

图11显示了典型的输出电压漂移，并说明了测试方法。图11中的框在操作温度极值的两侧是有界的，在顶部和底部由在操作温度范围内测量的最大和最小+10 V输出误差电压。为+10 V和-10 V输出绘制的对角线的斜率决定了设备的性能等级。

在40°C、25°C、0°C、+25°C、+50°C、+70°C和+85°C下测试每个AD68A和B级单元。该方法确保在指定范围内的温度变化发生的输出电压的变化将包含在斜率等于最大指定漂移的斜率的盒子内。随着初始误差和曲线形状的变化，盒子在垂直刻度上的位置会随着设备的变化而变化。在适当的温度范围内，箱体的最大高度如图12所示。

重复这些结果需要在测试系统中结合高精度和稳定的温度控制。对AD688的评估将产生与图11中类似的曲线，但输出读数可能因使用的测试方法和设备而异。

开尔文连接

力和感测连接，也称为开尔文连接，提供了一种消除电路线中电压降影响的方便方法。如图13a所示，负载电流和导线电阻在负载时产生误差（V=R×I）。图13b中的开尔文连接通过在放大器的强制回路中包括导线电阻和感应负载电压来克服这个问题。放大器校正负载电压中的任何错误。在所示电路中，放大器的输出实际上为10 V+V，负载电压为所需的10 V。

AD688有三个放大器，可用于实现开尔文连接。放大器A2专用于地面力感测功能，而未承诺放大器A3和A4则可免费进行其他力感测工作。

未使用的放大器也可用于其他电路功能。图14到图19显示了A3和A4的典型性能。在某些应用中，一个放大器可能未使用。在这种情况下，未使用的放大器应连接为一个单位增益跟随器（力和感测管脚连接在一起），输入端应接地。

动态性能

输出缓冲放大器（A3和A4）被设计为向AD688提供静态和动态负载调节，优于不太完整的参考。

许多A/D和D/A转换器都会向基准端施加瞬态电流负载，基准响应不良会降低转换器的性能。

图20、图21和图22显示了驱动0毫安到10毫安负载的AD688输出放大器的特性。

图23和图24显示了驱动5毫安到10毫安负载的输出放大器特性，这是在多个转换器之间共享基准或用于提供双极偏置电流时发现的常见情况。

在某些应用中，可变负载在性质上可以是阻性和电容性的，或者可以通过长电容电缆连接到AD688。图25和图26显示了驱动1000 pF、0 mA到10 mA负载的输出放大器特性。

图27和图28显示了输出放大器之间的串扰。顶部轨迹显示A4的输出，直流耦合并偏移10伏，而A3的输出受到0毫安至10毫安的负载电流阶跃。A4处的瞬态沉降约为1μs，负载引起的偏移约为100μV。

尝试驱动大电容负载（超过1000 pF）可能会导致振铃或振荡，如步骤响应照片所示（图29）。这是由于负载电容和放大器输出阻抗形成的附加极，消耗了相位裕度。图30显示了驱动该量级电容性负载的推荐方法。150Ω电阻器将电容性负载与输出级隔离，而10 kΩ电阻器提供直流反馈路径并保持输出精度。1μF电容器提供高频反馈回路。该电路的性能如图31所示。