确保系统多年来的准确性

有许多应用，例如现场传感器，需要长时间的基准电压源具有高精度。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。在使用基准电压源的现场传感器的恶劣环境中，电气系统中监测和测量石油、天然气、压力和/或温度的关键设备是看似微不足道的基准电压源。这些应用中的基准电压源必须满足严格的规格，以保持所有测量和计算的绝对基准点。在此设计解决方案中，您将看到密封陶瓷基准电压源，具有出色的湿度敏感性和可忽略不计的长期漂移，这两个变量使其成为需要长时间高精度应用的绝佳选择。

介绍

在这种 21 世纪的环境中，我们每年都会更换小工具，并期望它们正常工作，即使它们不会持续那么长时间。它们通常只能存活到下一个修订版出来，但这似乎是大多数人可以接受的。相比之下，有许多应用，例如现场传感器，需要长时间的高精度。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，电气系统中监测和测量石油、天然气、压力和/或温度的关键设备是看似微不足道的基准电压源。在这些系统中，基准电压源的作用是通过为所有测量和计算保持绝对基准点来充当模拟看门人。考虑到这些系统所经历的极端工作条件，这可能是一个相当大的挑战。

在本文中，我们不仅将讨论相对湿度（RH）和长期漂移（LTD）这两个关键环境变量随时间变化的影响，还将讨论基准电压守门人和使这些变量“非问题”的成功解决方案的影响。

基准电压栅网

从根本上说，系统精度取决于基准电压器件。例如，系统的模拟和数字转换器使用基准电压来产生数字结果，其中基准电压值是输出数字字的组成部分（图 2）。

图2.SAR ADC 信号路径 （a） 和 ΔΣ ADC 信号路径 （b） 都需要电路中的基准电压源 （REF）。

在图 2 中，左列显示了一些比较流行的传感器。这些信号可以通过（A）路径，以逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）结束，也可以通过（B）路径，以Δσ模数转换器（ΔΣ ADC）结束。两个转换器都需要一个精密基准电压源（REF）来完成转换。

在与SAR ADC的信号路径（A）和与ΔΣ ADC的信号路径（B）中，转换器的LSB大小等于：

 

（公式1）

 

其中 LSB = 最低有效位

V裁判= 基准电压

N = ADC 位数

从公式1可以清楚地看出，基准电压源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，珠穆朗玛峰大本营的相对湿度全年最高可达98%至20%。这相当于 78% 的相对湿度增量。在这种环境中使用系统，保证设备精度至关重要。

实现此保证的途径是使用最稳定的基准电压源。通过单独查看基准电压源，可以预测系统随时间推移的稳定性。

塑料电压基准性能

以下湿度室测试结果显示了两组供电电压基准的电压精度，以RH、漂移和经过时间作为变量。

图3显示了湿度箱测试期间的环境条件。灰线表示相对稳定的温度，约为+26.5°C，蓝线表示相对湿度随时间的变化。从大约 600 小时开始，腔室湿度从 45% 变为 28%。

图3.腔室相对湿度在 28% 和 45% 之间波动。

图4显示了第一组被测基准电压源的精度变化。

湿度敏感性是基准电压源精度变化程度与所施加的相对湿度变化的绝对值。计算出的湿度敏感性等于精度的增量变化除以RH的增量变化。

图4.16个SOT23塑料MAX6070测试结果为基准电压，采用塑料封装。

一旦相对湿度恢复到45%，基准电压源精度将继续遵循原始漂移误差趋势，随着时间的推移而减小。

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/小时）。

在这种环境下，24位转换器和2.5V基准电压源在~109 LSB的湿度偏移期间将产生满量程误差。

该测试说明了 17% 相对湿度增量的影响。在珠穆朗玛峰的底部，每年有78%的相对湿度三角洲。在珠穆朗玛峰的基本条件下，相对湿度的变化会导致~500 LSB的满量程误差。

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基准电压源的精度变化。

图5.16个MAX6079电压基准测试结果，用于陶瓷封装的电压可靠性。

在 600 到 700 小时的时间范围内，准确性似乎略有变化，但并不显着。对于该测试组，湿度敏感性极小。换句话说，相对湿度每变化1%，对基准电压源精度的影响将非常小。

一旦相对湿度恢复到45%，基准电压源精度将继续保持稳定。整个1300小时基本上没有变化。对于需要运行超过 10 年或 15 年的许多不同系统来说，这种低漂移水平是非常理想的。

陶瓷精度

采用密封陶瓷封装的基准电压源提供了适用于现场传感器应用的高精度解决方案。高精度因素体现在精度、长期稳定性和极低的湿度敏感性方面。

图6.基准电压源 （U5），采用陶瓷封装。

陶瓷基准电压源（图 6）具有可靠性，即使长时间暴露在相对湿度下也是如此。陶瓷封装的密封性创造了完美的湿度屏蔽，具有出色的温度系数 （6ppm/°C、25ppm/°C）、低噪声 （5μV）有效值， 64μV有效值）、高精度（±0.04%，0.1%）和低电源电流（200μA，~70μA）规格。

获奖规格

现场传感器应用需要长时间的高精度。压力和温度测量系统通常存在于需要可靠基准电压源以维持测量一致性的环境中。

这些应用系统中的基准电压源必须满足严格的规格，以保持所有测量和计算的绝对基准点。测试证明，密封陶瓷封装具有出色的湿敏化性和可忽略不计的长期漂移，这两个变量使其成为需要长时间高精度应用的绝佳选择。

审核编辑：郭婷