德州仪器REF19xx电压基准芯片：高精度与低功耗的完美结合

在电子设计领域，电压基准芯片的性能直接影响着整个系统的精度和稳定性。德州仪器（TI）的REF19xx系列低漂移、低功耗、双输出电压基准芯片，为单电源系统提供了出色的解决方案。今天，我们就来深入探讨一下REF19xx系列芯片的特点、应用以及设计要点。

文件下载：ref1930.pdf

一、REF19xx芯片概述

REF19xx系列包括REF1925、REF1930、REF1933和REF1941等型号，提供了(V{REF})和(V{REF}/2)两个输出电压，方便在单电源系统中使用。在只有正电源电压的应用中，常常需要一个稳定的电压来偏置输入双极性信号，REF19xx正好满足了这一需求，它不仅为模数转换器（ADC）提供参考电压(V{REF})，还提供一个高精度的偏置电压(V{BIAS})。

二、芯片特性亮点

1. 温度漂移性能卓越

从 -40°C 到 125°C 的温度范围内，最大温度漂移仅为 -25 ppm/°C，初始精度高达 ±0.1%。同时，(V{REF})和(V{BIAS})在温度变化时的跟踪性能也非常出色，在 -40°C 到 85°C 范围内最大跟踪误差为 -6 ppm/°C，在 -40°C 到 125°C 范围内最大跟踪误差为 -7 ppm/°C。这种出色的温度特性大大提高了信号链的精度，减少了因温度变化带来的误差。

2. 低功耗设计

静态电流小于 430 µA，在电池供电系统中表现出色。极低的压差电压仅为 10 mV，允许从非常低的输入电压工作，进一步降低了系统功耗。

3. 封装小巧

采用 SOT23 - 5 微型封装，节省了电路板空间，适合对空间要求较高的应用。

4. 输出能力强

输出电流可达 ±20 mA，能够满足大多数应用的需求。同时，线路调整率为 3 ppm/V，负载调整率为 8 ppm/mA，保证了输出电压的稳定性。

三、应用领域广泛

1. 数字信号处理

在功率逆变器和电机控制等应用中，REF19xx的(V{REF})和(V{BIAS})电压具有相同的出色规格，能够很好地吸收和提供电流。其长期稳定性和低噪声水平使其非常适合高精度工业应用。

2. 电流传感

在电流传感应用中，REF19xx可以为传感器提供稳定的参考电压，确保测量的准确性。

3. 工业过程控制

为工业过程中的各种传感器和执行器提供稳定的电压基准，保证系统的稳定运行。

4. 医疗设备数据采集系统

在医疗设备中，对数据采集的精度要求极高，REF19xx的高精度和低噪声特性能够满足这一需求。

四、典型应用案例分析

以低侧电流传感应用为例，我们来详细了解REF19xx的应用。

1. 设计要求

• 电源电压：5.0 V
• 负载电流：±2.5 A
• 输出：250 mV 到 2.75 V
• 最大分流电压：±25 mV

2. 详细设计步骤

（1）分流电阻选择

根据公式(R{SHUNT(max)}=frac{V{SHUNT(max)}}{I_{LOAD(max)}})，计算出最大分流电阻为 10 mΩ。为了最小化温度误差，应选择低漂移的分流电阻；为了最小化失调误差，应选择公差最低的分流电阻。

（2）差分放大器选择

选择具有单电源（3 V）、参考电压输入、低初始输入失调电压、低漂移、固定增益和低侧传感等特性的差分放大器。这里选用了 INA213 电流分流监测器。

（3）电压基准选择

REF1930 是该应用的理想选择，它具有双输出（3.0 V 和 1.5 V）、低漂移和两个输出之间低跟踪误差的特点。其温度漂移为 25 ppm/°C，初始精度为 0.1%，能够将电压基准带来的误差降至最低。

3. 应用曲线分析

通过两点校准可以消除与失调电压、增益误差等相关的误差。测量结果表明，在不同条件下，系统的误差都得到了有效控制。

五、设计注意事项

1. 电源供应

REF19xx 系列芯片具有极低的压差电压，可在仅比输出电压高 20 mV 的电源下工作。建议使用 0.1 µF 到 10 µF 的电源旁路电容。

2. 布局设计

• 在 REF1930 的(V{IN})、(V{REF})和(V_{BIAS})处连接低 ESR 的 0.1 - μF 陶瓷旁路电容。
• 按照设备规格对系统中的其他有源设备进行去耦。
• 使用实心接地平面有助于散热和减少电磁干扰（EMI）噪声拾取。
• 将外部组件尽可能靠近设备放置，以防止寄生误差（如塞贝克效应）的发生。
• 最小化参考和偏置连接到 INA 和 ADC 之间的走线长度，以减少噪声拾取。
• 避免敏感的模拟走线与数字走线平行，尽可能避免数字和模拟走线交叉，必要时进行垂直交叉。

六、总结

德州仪器的 REF19xx 系列电压基准芯片以其卓越的温度漂移性能、低功耗、小巧的封装和强大的输出能力，在众多应用领域中展现出了出色的性能。在设计过程中，合理选择组件和优化布局能够充分发挥芯片的优势，为系统的高精度和稳定性提供保障。各位电子工程师在实际应用中，不妨考虑一下 REF19xx 系列芯片，相信它会给你的设计带来意想不到的效果。你在使用电压基准芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。