每當您衡量某物時，您都需要一個參考來衡量。在測量電壓的電子系統中——無論是數字萬用表 （DMM） 等通用儀器、測量電阻器上的電壓降以確定電流的電路，還是測量特定類型輸出電壓的傳感器接口傳感器 - 您需要一個電壓參考來確保您的測量值是正確的。

在測量系統中，模數轉換器 （ADC） 將輸入電壓與參考電壓進行比較，并生成表示輸入信號與參考電壓之間關系的代碼。參考電壓中的任何誤差都會直接導致測量數據出現誤差。

當我們為特定功能選擇電壓基準時，我們通常首先關注幾個頂級精度規格：初始精度（室溫下的精度）和溫度系數（輸出電壓的變化作為溫度）。舉個簡單的例子，如果我們需要電壓基準在整個溫度范圍內的總精度為 ±0.2%，我們可能會選擇初始精度為 ±0.1% 且溫度系數為 ±10ppm/°C 的基準電壓源。在 25°C 和 125°C 之間，溫度系數可以變化 10ppm/°C x 100°C，或 1000ppm （0.1%），因此我們可以預期總誤差（初始 + 漂移）小于 ±0.2%。

為了改善總誤差，我們可以選擇具有更小初始誤差和/或溫度系數值的更高精度電壓基準。改進的規格是更復雜的設計和校準技術的結果。然而，隨著精度的提高，還有一些額外的誤差源變得明顯。在高性能系統中變得至關重要的是長期漂移 （LTD）。您可以在大多數電壓參考數據表中找到列出的 LTD 規格。這些通常顯示運行 1，000 小時后的典型漂移。造成 LTD 的原因有多種，但主要原因是電路板組裝過程中對封裝產生的應力。由于暴露在高溫下，塑料 IC 封裝會稍微改變形狀，這會對電壓基準芯片施加壓力。隨著裝配應力在數小時內穩定下來，電壓基準的輸出會發生變化。變化的程度取決于電路設計、布局、封裝和其他因素，通常在 10 ppm 的量級。

圖 1 顯示了典型電壓基準的 LTD。如您所見，在非常高精度的測量系統中，LTD 可能大到足以隨著時間的推移影響精度。組裝后立即進行系統校準可以提高系統的初始精度，但會在數周和數月內發生變化。

有一些方法可以改善校準后的 LTD。您可以在校準前在電路板上燒幾個月，但這種方法的實用性有限。另一種方法是讓電路板在幾個小時內完成一個或兩個溫度循環，這通常有助于應力更快地穩定下來。

在 IC 制造方面，電壓基準芯片可以內置到比傳統塑料封裝更穩定的封裝中。陶瓷封裝的組裝后彎曲程度遠低于塑料封裝，因此可以顯著改善 LTD。圖 2 顯示了這種陶瓷封裝的一個示例。與早期的陶瓷封裝相比，后者往往大得不切實際，3mm x 3mm 的尺寸與需要小元件的密集電路板兼容。

使用改進的包的效果是驚人的。圖 3 顯示了與圖 1 相同的電壓基準 IC（工作電路在左側），但安裝在新的陶瓷封裝中。LTD（如圖右側所示）顯然要好得多。

概括

準確和穩定的電壓基準對高性能測量系統至關重要。LTD 可以通過在緊湊的陶瓷封裝中安裝電壓基準來提高，從而在較小的占位面積內提高系統性能。

審核編輯：郭婷