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Spannungsreferenzen

Genauigkeit kann man wählen

19. November 2014, 9:52 Uhr | Ralf Higgelke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Langzeitstabilität und thermische Hysterese

Die Langzeitstabilität ist ein Maß für die Tendenz einer Referenzspannung, sich mit der Zeit unabhängig von weiteren Variablen zu verändern. Anfängliche Verschiebungen sind überwiegend durch mechanischen Stress verursacht, der von unterschiedlichen Ausdehnungen von Lead-Frame, Chip und Vergussmasse herrührt. Dieser Stress verursacht anfangs große Veränderungen, die mit der Zeit rasch abnehmen. Die Anfangsdrift beinhaltet auch Änderungen der elektrischen Eigenschaften der Schaltungselemente, wie die Bereinigung (Settling) der Bauteilcharakteristika auf atomarer Ebene. Längerfristige Drift wird von elektrischen Änderungen in den Schaltungselementen verursacht, oft auch als »Altern« bezeichnet. Diese Drift tritt im Vergleich zur Anfangsdrift mit einer reduzierten Rate auf, und verringert sich mit der Zeit. Sie wird deshalb häufig als »Drift/√(1000 Stunden)« spezifiziert. Spannungsreferenzen tendieren dazu, bei hohen Temperaturen schneller zu altern.

Die thermische Hysterese ist eine häufig nicht beachtete Spezifikation, die eine dominante Fehlerquelle werden kann. Sie ist mechanischer Natur und das Ergebnis von veränderlichem Chipstress aufgrund thermischer Zyklen. Eine solche Hysterese lässt sich als eine Änderung der Ausgangsspannung bei einer bestimmten Temperatur nach einem langen Temperaturzyklus beobachten. Sie ist unabhängig vom Temperaturkoeffizienten und zeitlicher Drift und reduziert die Effektivität der anfänglichen Spannungskalibrierung. Die meisten Referenzen tendieren dazu, um eine nominale Ausgangsspannung während nachfolgender Temperaturzyklen herum zu variieren, sodass die thermische Hysterese üblicherweise auf einen vorhersehbaren maximalen Wert begrenzt ist. Leider nutzt jeder Hersteller seine eigene Methode zum Spezifizieren dieses Parameters, sodass ein Vergleich typischer Werte irreführend sein kann. Daten über die Streuung dieses Parameters, wie in den Datenblättern des LT6654 und LT6656 angegeben, sind wesentlich nützlicher zum Bestimmen des Fehlers der Ausgangsspannung.

Anfang 2013 brachte Linear Technology eine neue Klasse von Spannungsreferenzen auf den Markt. Eingebaut in ein hermetisch dichtes SMD-Gehäuse vom Typ LS8, zeigen diese Produkte eine signifikant verbesserte Langzeitstabilität und thermische Hysterese, wenn man sie mit den gleichen Produkten in traditionellen Plastik-SOT-23- und MSOP-Gehäusen vergleicht.

Zusätzliche Spezifikationen können abhängig von den Anforderungen der Applikation wichtig werden. Folgende Parameter können darunter fallen: