Spannungsreferenzen Genauigkeit kann man wählen

Spannungsreferenzen dienen als das Maß, an dem Signale gemessen werden. Ungenauigkeiten und Änderungen der Spannungsreferenz beeinflussen direkt die Genauigkeit des gesamten Systems. Auf welche Parameter sollte ein Schaltungsentwickler schauen, wenn er eine Spannungsreferenz auswählen möchte?

Von Brian Black, Product Marketing Manager für Signal Conditioning Products bei Linear Technology.

Die Auswahl einer Spannungsreferenz erfordert eine gute Kenntnis der Genauigkeit, die für das System notwendig ist und muss die relevanten Fehlerquellen in den Berechnungen berücksichtigen. Zusätzlich zu den Änderungen von Grundgenauigkeit und Temperaturdrift können Langzeitstabilität und Hysterese Quellen für Abweichungen sein. Weitere Spezifikationen wie der Laststrom können ebenfalls bestimmende Faktoren sein.

Die Grundgenauigkeit zeigt die Varianz der Ausgangsspannung, gemessen bei einer bestimmten Temperatur, üblicherweise bei +25 °C. Obwohl die Grundgenauigkeit von Bauteil zu Bauteil unterschiedlich sein kann, lässt sie sich, wenn sie für ein bestimmtes Bauteil konstant ist, leicht kalibrieren.

Die Temperaturdrift ist die wahrscheinlich die am häufigsten verwendete Spezifikation, um die Leistung einer Spannungsreferenz zu untersuchen, da sie die Änderung der Ausgangsspannung mit der Temperatur anzeigt. Die Temperaturdrift wird hervorgerufen durch Fehlerstellen und Nichtlinearitäten in den Schaltungselementen. Bei vielen Bauteilen ist die Temperaturdrift, spezifiziert in ppm/K, die dominierende Fehlerquelle. Bei Bauteilen mit einer konsistenten Drift ist eine Kalibrierung in gewissen Grenzen möglich.

Eine allgemeine, aber falsche Vorstellung bezüglich der Temperaturdrift ist, dass sie linear ist. Dabei sollte man sich davor hüten, anzunehmen, dass die Drift über einem kleineren Temperaturbereich auch kleiner wird. Der Temperaturkoeffizient (TC) wird allgemein mit einer Kasten-Methode spezifiziert, um den wahrscheinlichen Fehler über den gesamten Temperaturbereich abzuleiten. Dabei teilt man die maximale Spannungsdifferenz über den gesamten Temperaturbereich durch den gesamten Temperaturbereich (Bild 1). Diese minimalen und maximalen Spannungswerte müssen aber nicht bei den Extremwerten der Temperatur auftreten. Dies führt zu Regionen, in denen der TC viel größer ist, als der Durchschnittswert für den gesamten spezifizierten Temperaturbereich. Dies ist besonders der Fall bei besonders sorgfältig abgeglichenen Referenzen, die häufig durch ihre sehr geringe Temperaturdrift gekennzeichnet sind, wo die linearen Driftanteile kompensiert wurden und einen nichtlinearen »Rest-TC« zurücklassen.

Der größte Nutzen aus der Temperaturdrift-Spezifikation ergibt sich, wenn man den maximalen Gesamtfehler über den spezifizierten Temperaturbereich berechnet. Es ist allgemein nicht empfehlenswert, Fehler über nicht spezifizierte Temperaturbereiche zu berechnen, außer man versteht die Charakteristika der Temperaturdrift sehr gut.