REF50xx-EP：高精度电压基准的卓越之选

在电子设计领域，高精度电压基准是许多应用中不可或缺的关键组件。今天，我们就来深入探讨一下德州仪器（TI）的REF50xx-EP系列低噪声、极低漂移、高精度电压基准。

文件下载：ref5025-ep.pdf

一、产品特性

1. 低温度漂移

REF50xx-EP系列具有出色的低温度漂移特性，最大漂移仅为5 ppm/°C。这意味着在不同的温度环境下，输出电压的变化非常小，能够为系统提供稳定可靠的电压参考。这种低温度漂移特性使得REF50xx-EP在对温度稳定性要求较高的应用中表现出色，例如16位数据采集系统、ATE设备等。

2. 高精度

该系列产品的精度高达0.08%（最大），能够提供非常准确的电压输出。在需要高精度测量和控制的应用中，如工业过程控制、医疗仪器等，REF50xx-EP的高精度特性能够确保系统的测量和控制精度。

3. 低噪声

REF50xx-EP的噪声仅为3 μVPP/V，有效降低了输出电压中的噪声干扰。在对噪声敏感的应用中，如光学控制系统、精密仪器等，低噪声特性能够提高系统的信噪比，从而提升系统的性能。

4. 高输出电流

该系列产品能够提供±10 mA的输出电流，满足了大多数应用的需求。无论是为负载提供稳定的电源，还是在需要较大电流驱动的应用中，REF50xx-EP都能够胜任。

5. 宽温度范围

REF50xx-EP可在军事温度范围（–55°C至125°C）内正常工作，并且还提供定制温度范围的选项。这使得该系列产品适用于各种恶劣的工作环境，具有很强的适应性。

6. 其他特性

REF50xx-EP还具有延长的产品生命周期、延长的产品变更通知以及产品可追溯性等特性，为用户提供了更加可靠的保障。

二、应用领域

REF50xx-EP系列产品的出色特性使其在多个领域得到了广泛的应用：

1. 数据采集系统

在16位数据采集系统中，REF50xx-EP的低噪声、高精度和低温度漂移特性能够确保采集到的数据准确可靠。它为数据采集系统提供了稳定的电压参考，提高了系统的测量精度。

2. ATE设备

ATE（自动测试设备）对测试精度和稳定性要求极高。REF50xx-EP的高精度和低噪声特性能够满足ATE设备的需求，确保测试结果的准确性。

3. 工业过程控制

在工业过程控制中，需要对各种参数进行精确的测量和控制。REF50xx-EP的高精度和稳定性能够为工业过程控制提供可靠的电压参考，保证系统的正常运行。

4. 医疗仪器

医疗仪器对精度和可靠性要求非常高。REF50xx-EP的高精度和低噪声特性使其成为医疗仪器的理想选择，能够为医疗仪器提供稳定的电压参考，确保测量结果的准确性。

5. 光学控制系统

光学控制系统对噪声非常敏感，REF50xx-EP的低噪声特性能够有效降低噪声干扰，提高光学控制系统的性能。

6. 精密仪器

精密仪器需要高精度的电压参考，REF50xx-EP的高精度和低温度漂移特性能够满足精密仪器的需求，确保仪器的测量精度。

三、产品描述

REF50xx是一系列低噪声、极低漂移、高精度的电压基准。这些基准能够同时进行灌电流和拉电流操作，并且对线路和负载变化具有很强的鲁棒性。通过采用专有设计技术，REF50xx实现了出色的温度漂移和高精度特性。结合极低的噪声，REF50xx系列非常适合用于高精度数据采集系统。该系列产品采用SOIC-8封装，工作温度范围为–55°C至125°C。

四、引脚配置与功能

REF50xx采用8引脚SOIC D封装，各引脚功能如下：	PIN NAME	PIN NO.	I/O	DESCRIPTION
DNC	1	-	不连接
VIN	2	Power	电源电压，范围从VOUT + 0.2 V到18 V，建议使用1 µF至10 µF的旁路电容
TEMP	3	O	温度监测引脚，提供与温度相关的电压输出
GND	4	Power	系统地
TRIM/NR	5	I	输出调整和降噪输入，连接1 µF电容到该引脚可在带隙处创建低通滤波器，降低输出噪声
VOUT	6	O	非常精确的工厂校准电压输出，建议使用1 µF至50 µF的旁路电容，ESR在1至1.5 Ω之间
NC	7	-	无内部连接
DNC	8	-	不连接

五、规格参数

1. 绝对最大额定值

• 输入电压（VIN）：最大18 V
• 输出短路电流：最大30 mA
• 工作温度范围：–55°C至125°C
• 结温（TJ）：最大150°C
• 存储温度范围：–65°C至150°C

2. ESD评级

• 人体模型（HBM）：±3000 V
• 带电器件模型（CDM）：±1000 V

3. 推荐工作条件

• 输入电压（VIN）：VOUT + 0.2 V至18 V
• 输出电流（IOUT）：–10 mA至10 mA

4. 热信息

THERMAL METRIC	D (SOIC) REF502x-EP 8 PINS	UNIT
RθJA（结到环境热阻）	97.1	°C/W
RθJC(top)（结到外壳（顶部）热阻）	42.2	°C/W
RθJB（结到电路板热阻）	34.6	°C/W

5. 电气特性

不同型号的REF50xx在输出电压、初始精度、噪声等方面具有不同的特性。例如，REF5020的输出电压为2.048 V，初始精度为±0.05%，0.1 Hz至10 Hz的输出电压噪声为6 μVPP；REF5025的输出电压为2.5 V，初始精度为±0.05%，0.1 Hz至10 Hz的输出电压噪声为7.5 μVPP等。

六、详细描述

1. 输出调整

REF50xx提供了非常精确的工厂校准电压输出，但可以通过TRIM/NR引脚进行输出调整。通过连接适当的电路，可以实现±15 mV的输出调整。同时，将电容从TRIM/NR引脚连接到GND可以创建低通滤波器，降低输出噪声。

2. 低温度漂移

REF50xx的设计旨在最小化漂移误差，通过特定的计算方法（如公式Drift = ((VOUTMAX - VOUTMIN) / (VOUT × Temp Range)) × 10^6 (ppm)）来计算漂移。高等级版本的最大漂移系数为3 ppm/°C，标准等级为8 ppm/°C。

3. 温度监测

温度输出端子（TEMP）提供与温度相关的电压输出，源阻抗约为60 kΩ。输出电压与温度的关系为VTEMP PIN = 509 mV + 2.64 × T (°C)。该引脚可用于指示芯片的大致温度，虽然精度约为±15°C，但可用于指示温度变化或进行模拟电路的温度补偿。为避免低阻抗负载引起的测量误差，建议使用低温度漂移的运算放大器对TEMP引脚输出进行缓冲。

4. 噪声性能

REF50xx系列产品在0.1 Hz至10 Hz的电压噪声在电气特性表中有具体规定。噪声电压会随着输出电压和工作温度的增加而增加。可以通过额外的滤波来改善输出噪声水平，但要注意确保输出阻抗不会影响性能。

5. 设备功能模式

REF50xx在VIN引脚电压大于VOUT + 0.2 V时上电（REF5020和REF5025的最小电源电压为2.7 V），最大输入电压为18 V。建议使用1 μF至10 μF的电源旁路电容，输出总电容负载应在1 μF至50 μF之间，以确保最佳输出稳定性。

七、应用与实现

1. 应用信息

在设计使用电压基准的电路时，输出噪声是主要关注的问题之一。REF50xx的主要电压噪声源来自带隙和输出放大器，在设计过程中应尽量减少这些噪声源。

2. 典型应用

（1）负参考电压

对于需要正负参考电压的应用，可以使用REF50xx和OPA735从5 V电源提供双电源参考。在设计时，需要选择合适的电容负载，避免产生增益峰值和增加输出电压噪声，同时要添加输入旁路电容和降噪电容以获得最佳性能。

（2）正参考电压

在确定参考电压在实际应用中的噪声贡献时，可以通过测量不同输出去耦或负载电容下的输出噪声来进行评估。负载电容的类型会改变输出端的低通滤波器频率，从而影响噪声水平。此外，通过在TRIM引脚添加电容可以降低带隙噪声。

3. 系统示例

在数据采集系统中，REF50xx系列产品的低噪声、极低漂移和高初始精度特性使其非常适合用于高性能数据转换器。在设计数据采集系统时，需要同时考虑模拟输入信号的缓冲和参考电压的设计。通过合理选择组件，可以提高系统的性能，如提高信噪比、降低噪声等。

八、电源供应建议

1. 基本连接

建议在输入引脚添加1 μF至10 μF的旁路电容，输出引脚连接1 μF至50 μF的电容（CL），CL的ESR值应小于等于1.5 Ω，以确保输出稳定性。为了最小化噪声，CL的推荐ESR在1 Ω至1.5 Ω之间。

2. 低压差电压

REF50xx系列电压基准具有极低的压差电压。除REF5020需要最小2.7 V的电源供应外，其他型号在空载条件下可以在输出电压以上200 mV的电源下工作。

九、布局建议

1. 布局准则

• 将电源旁路电容尽可能靠近VIN引脚和接地引脚放置，推荐值为1 μF至10 μF。
• 在NR引脚和地之间放置1 μF的噪声滤波电容。
• 输出端使用1 μF至50 μF的电容进行去耦，串联一个1 Ω的ESR以获得最佳噪声性能。
• 可以在输出和地之间并联一个1 μF的高频电容，用于过滤噪声和帮助处理开关负载。

2. 布局示例

提供了REF50xx的推荐布局示例，展示了如何合理安排各个组件的位置，以确保良好的性能。

3. 功率耗散

REF50xx系列产品在指定的输入电压范围内能够提供±10 mA的电流负载。设备的温度会根据公式TJ = TA + PD × RθJA升高，其中TJ为结温，TA为环境温度，PD为功率耗散，RθJA为结到环境的热阻。REF50xx的结温不得超过绝对最大额定值150°C。

十、设备与文档支持

1. 文档支持

提供了相关的文档，如REF5020 PSpice模型、REF5020 TINA-TI参考设计等，方便工程师进行设计和仿真。

2. 相关链接

提供了产品文件夹、样品购买、技术文档、工具软件以及支持社区等方面的链接，方便工程师获取所需的资源。

3. 社区资源

TI E2E™在线社区是一个工程师之间交流合作的平台，工程师可以在上面提问、分享知识、探索想法和解决问题。

4. 静电放电注意事项

这些设备的内置ESD保护有限，在存储或处理时应将引脚短路或放置在导电泡沫中，以防止MOS栅极受到静电损坏。

5. 术语表

提供了TI术语表，帮助工程师理解相关的术语和定义。

十一、机械、封装与订购信息

REF50xx系列产品提供了多种封装选项，如SOIC (D) 8引脚封装。文档中详细列出了各个型号的订购信息，包括订单编号、状态、材料类型、封装、引脚数、封装数量、载体、RoHS合规性、引脚镀层/球材料、MSL评级/峰值回流温度、工作温度范围和零件标记等。

REF50xx-EP系列高精度电压基准以其出色的特性和广泛的应用领域，为电子工程师在设计高精度电路时提供了一个可靠的选择。在实际应用中，工程师需要根据具体的需求和设计要求，合理选择和使用REF50xx-EP，以确保系统的性能和稳定性。你在使用REF50xx-EP的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。