设计指南 3531

将基准源噪声减半


摘要 : 利用四路2.5V基准串联,构成一个低噪声、2.5V基准源。从10V输出分压得到2.5V,并增加一个低噪声单位增益缓冲器。串联基准源设计能够降低噪声的原因是:每片IC的噪声是随机、非相干的,串联后可部分抵消噪声。

低频1/f噪声(LF噪声)指的是电压基准源在10Hz以下的噪声,设计中很难抑制这部分噪声。通过搭建低通RC滤波器有助于降低LF噪声,但这需要很大的电容、电阻。电容值较大时,具有较低的泄漏电阻,该电阻与大阻值电阻相串联,构成一个不受控制的分压器,从而引起电压误差和长期不稳定性。大阻值串联电阻同样也会产生误差,这种误差通常是由于漏电流产生了不希望的压降以及电阻自身的热噪声引起的。

多个基准源串联可以降低LF噪声。使用多个电压源(每个电压源等效于一个直流源和一个噪声源)时,直流电压线性增加,噪声源(如果非相关)则是以RMS几何求和。例如,使用四个基准源,每个基准源等效于一个VREF基准和一个VNOISE噪声,则产生如下输出:



噪声电压与直流基准电压之减半。

图1给出了如何将多个基准源串联,产生一路低噪声基准电压的电路连接。所用电阻采用高稳定性的金属薄膜电阻,所选择的运算放大器具有低噪声、超低输入失调电压和低温度系数。

图1. 由四路2.5V基准源串联产生10V电压,输出分压后得到2.5V,可使噪声电压减半。
图1. 由四路2.5V基准源串联产生10V电压,输出分压后得到2.5V,可使噪声电压减半。

两种类型2.5V电压基准源可用于该设计。表1表2所示为使用MAX6037或MAX6143基准源时所产生的电压噪声。每个表都显示了4个基准源中每一个以及组合后产生的0.1Hz至10Hz噪声电压(RMS与峰-峰(P-P)值之比的偏差是由于测量P-P值时测量方法的主观因素引起的)。

表1. 图1电路使用MAX6037 2.5V电压基准源时所测得的噪声电压
Measurement Points Noise (µVRMS) Noise(µVP-P)
Reduced noise output(op amp, output to V-) 1.0 10
Across Reference A(OUTA to GNDA) 1.9 20
Across Reference B(OUTB to GNDB) 1.6 19
Across Reference C(OUTC to GNDC) 1.7 20
Across Reference D(OUTD to GNDD) 2.7 30

表2. 图1电路使用MAX6143 2.5V电压基准源时所测得的噪声电压
Measurement Points Noise (µVRMS) Noise(µVP-P)
Reduced noise output(op amp, output to V-) 0.27 2.2
Across Reference A(OUTA to GNDA) 0.52 4.7
Across Reference B(OUTB to GNDB) 0.60 4.8
Across Reference C(OUTC to GNDC) 0.50 4.3
Across Reference D(OUTD to GNDD) 0.55 4.7

基准源串联架构的附加优点是:可以降低由噪声引起的长期漂移。

类似文章于2005年2月3日发表于EDN杂志的设计实例专栏。