多年来确保系统的准确性
文章作者：邦妮·贝克
通过查看参考电压，可以预测系统随时间的稳定性。
在这个21世纪的环境中，我们每年都会更换小工具，并期望它们能够正常工作，即使它们不会持续那么长时间。它们通常只能在下一次修订版发布之前存活，但这似乎是大多数人可以接受的。相比之下，有许多应用，如现场传感器，需要在一个长时间内达到高精度快速更换这些设备通常是不合理的，而且很多时候是不可能的。
在现场传感器的恶劣环境中，监测和测量油、气、压力和/或温度的电气系统中的一个关键设备是看似无关紧要的参考电压。这些系统中的参考电压的作用是通过为所有测量保持绝对参考点来充当模拟把关人考虑到这些系统所经历的极端操作条件，这可能是一个相当大的挑战(图1).
图1高山气象站
在本文中，我们将不仅讨论两个关键环境变量（相对湿度（RH）和长期漂移（LTD））随时间的影响，还将讨论电压参考把关器和使这些变量成为“非问题”的成功解决方案
电压基准网守
从根本上说，系统精度取决于参考电压装置。例如，系统的模拟和数字转换器使用参考电压产生数字结果，其中参考电压值是输出数字字的一个组成部分(图2).
图2SAR ADC信号路径（A）和Δ∑ADC信号路径（B）都需要电路中的电压参考（REF）。
在图2中，左栏显示了一些比较流行的传感器。这些信号可以通过a路径（以逐次逼近、模数转换器（SAR ADC）结束）或B路径（以δ-西格玛模数转换器（Δ∑ADC）结束）。这两种转换器都需要精确的电压基准（参考）以完成其转换。
在带有SAR ADC的信号路径A和带有Δ∑ADC的信号路径B中，转换器的LSB大小等于：
LSB=V裁判/2N（方程式1）
其中LSB=最低有效位
v裁判=电压参考电压
N=ADC位数
从方程1可以清楚地看出，电压基准对转换器系统的精度有直接影响。
湿度和漂移与时间的关系
在现场传感器应用中，随着时间的推移，电子设备可能会经历较大的湿度偏移。例如，珠穆朗玛峰大本营全年的相对湿度最高可达98%至20%。这相当于相对湿度增量为78%。在这种环境下，系统必须保证设备的精度。
实现这一保证的途径是利用最稳定的参考电压。通过单独查看参考电压，可以预测系统随时间的稳定性。
塑料基准电压性能
以下湿度箱测试结果显示了以相对湿度、漂移和运行时间为变量的两组电源电压基准的电压精度。
图3显示湿度试验箱试验期间的环境条件。灰线显示约+26.5°C时相对稳定的温度，蓝线显示随时间变化的相对湿度。试验箱湿度从大约600小时标记开始从45%变化到28%。
图3试验箱相对湿度在28%和45%之间波动
图4显示测试中第一组参考电压的精度变化。
湿度敏感度是参考电压的精度变化程度与所施加的相对湿度变化之间的绝对值。计算的湿度敏感度等于精度的增量变化除以相对湿度的增量变化。
图416 SOT23塑料MAX6070塑料封装中参考电压的测试结果
一旦相对湿度恢复到45%，电压参考精度将继续遵循原始漂移误差趋势，随时间降低。
1300小时时的总变化约为75ppm。在此期间，平均精度变化约为75ppm/1300小时=5.8%（ppm/h）。在此环境中，24位转换器和2.5V基准将在约109 LSB的湿度漂移期间产生满标度误差。
该测试说明了相对湿度为17%的三角洲的影响。在珠穆朗玛峰底部，每年有78%的相对湿度三角洲。在珠穆朗玛峰底部条件下，相对湿度变化将导致约500 LSB的满标度误差。
陶瓷性能
图5显示了在相同条件下测试的密封陶瓷封装中第二组参考的准确度变化。
图516MAX6079陶瓷封装中电压差的参考电压测试结果
在600至700小时的时间范围内，精度似乎略有变化，但无显著变化。对于该试验组，湿度敏感性非常小。换句话说，相对湿度每变化1%，对电压参考精度的影响将非常小。
一旦相对湿度恢复到45%，电压参考精度将继续保持不变。在整个1300小时内基本没有变化。对于需要运行10或15年以上的许多不同系统来说，这种低漂移水平是非常理想的。
陶瓷精密度
密封陶瓷封装选件中的电压基准提供了适用于现场传感器应用的高精度解决方案。高精度因素表现为精度、长期稳定性和极低的湿度敏感性。
图6陶瓷封装中的参考电压（U5）
陶瓷基准电压源(图6)即使长时间暴露在相对湿度下，也能达到可靠的目的。陶瓷封装的密封性创造了完美的湿度屏蔽，具有优异的温度系数（6ppm/°C、25ppm/°C）、低噪声（5μVRMS、64μVRMS）、高精度（±0.04%、0.1%）和低电源电流（200μA、~70μA）规格。
获奖规格
现场传感器应用要求长时间的高精度。压力和温度测量系统通常存在于需要可靠电压参考以保持测量一致性的环境中。
这些应用系统中的电压参考必须符合严格的规范，以保持所有测量和计算的绝对参考点。测试证明，密封陶瓷封装具有优异的湿度敏感性和可忽略的长期漂移，这两个变量使其成为ap的最佳选择在长时间内要求高精度的应用程序。
邦妮·贝克30多年来一直致力于模拟和数字设计及系统，现代表Maxim Integrated撰万博投注网址写此博客。
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