高精度、低噪声：ADR42x系列基准电压源的卓越性能与应用

在电子设计领域，基准电压源的性能对于众多高精度应用至关重要。今天，我们就来深入探讨一下ADR420/ADR421/ADR423/ADR425这一系列高精度、低噪声的XFET®基准电压源。

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1. 产品概述

ADR42x系列是第二代外加离子注入场效应管 (XFET) 基准电压源，具备低噪声、高精度和出色的长期稳定特性。它采用SOIC和MSOP封装，其中8引脚MSOP封装比8引脚SOIC封装小30%。利用温度漂移曲线校正专利技术和XFET技术，能将电压随温度变化的非线性度降至最小，XFET架构为带隙基准电压源提供了出色的精度和热滞性能，同时具有更低的功耗和更小的电源裕量。

2. 特性亮点

2.1 低噪声性能

在0.1 Hz至10 Hz频带内，ADR420、ADR421和ADR423产生的噪声一般低于2 μV峰峰值，具体来看：

• ADR420和ADR421为1.75 μV峰峰值。
• ADR423为2.0 μV峰峰值。
• ADR425为3.4 μV峰峰值。

  2.2 低温度系数

  温度系数低至3 ppm/°C，能有效减少因温度变化对输出电压的影响，保证在较宽温度范围内的稳定性。

  2.3 长期稳定性

  经过1000小时测试，长期稳定性可达50 ppm，确保了基准电压源在长时间使用过程中的可靠性。

  2.4 负载和电压调整率

• 负载调整率为70 ppm/mA，能在负载电流变化时保持输出电压的稳定。
• 电压调整率为35 ppm/V，对输入电压的变化有较好的适应性。

  2.5 宽工作范围

• 工作电压范围较宽，不同型号有所不同，如ADR420为4 V至18 V，ADR421为4.5 V至18 V，ADR423为5 V至18 V，ADR425为7 V至18 V。
• 静态电流最大值为0.5 mA，输出电流可达10 mA。
• 工作温度范围为−40°C至+125°C，能适应较为恶劣的环境。

3. 技术规格

不同型号的ADR42x在输出电压、初始精度、温度系数等方面存在差异，具体如下表所示：	型号	输出电压 V OUT (V)	初始精度（mV）	初始精度（%）	温度系数 (ppm/°C)
ADR420	2.048	1, 3	0.05, 0.15	3, 10
ADR421	2.50	1, 3	0.04, 0.12	3, 10
ADR423	3.00	1.5, 4	0.04, 0.13	3, 10
ADR425	5.00	2, 6	0.04, 0.12	3, 10

各型号还有详细的电气规格，包括电源电压裕量、电压调整率、负载调整率、静态电流、电压噪声、开启建立时间等参数，这些参数进一步体现了其性能特点。

4. 引脚配置与功能

ADR42x采用8引脚SOIC或8引脚MSOP封装，引脚功能如下：

• 1、8脚（TP）：测试引脚，保留用于工厂测试，用户不应连接。
• 2脚（VIN）：输入电压。
• 3、7脚（NIC）：无内部连接。
• 4脚（GND）：接地引脚。
• 5脚（TRIM）：调整引脚，可在±0.5%范围内调整输出电压，不影响温度系数。
• 6脚（VOUT）：输出电压。

5. 典型工作特性

文档中给出了多个典型工作特性图，如输出电压与温度的关系、电源电流与输入电压的关系、负载调整率与温度的关系、电压调整率与温度的关系等。通过这些特性图，我们可以直观地了解ADR42x在不同条件下的性能表现。例如，从输出电压与温度的关系图中，我们可以分析出温度对输出电压的影响程度，从而在实际应用中采取相应的补偿措施。

6. 工作原理

ADR42x系列使用XFET基准电压生成技术，其内核包含两个结型场效应晶体管（JFET），其中一个具有额外的沟道注入以升高夹断电压。通过以相同漏极电流运行两个JFET，夹断电压差被放大形成高度稳定的基准电压源。内部基准电压约为0.5 V，负温度系数约为−120 ppm/°C，通过增加校正项进行补偿，与带隙基准电压源相比，内部温度系数约低30倍，显著降低了噪声。

7. 应用场景

7.1 输出调整

利用调整引脚，可在±0.5%范围内调整输出电压，帮助系统设计人员校正系统误差，且对器件温度性能影响可忽略不计。但要注意调整电位计和两个电阻需为低温度系数（最好小于100 ppm/°C），以避免温度系数下降。

7.2 光纤网络控制电路

在高容量、全光路由器网络中，ADR42x的超低噪声性能对于保持控制环路的稳定性至关重要。微型反射镜阵列的倾斜由精密模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）控制，ADR42x能为这些转换器提供稳定的基准电压，减少噪声对系统的影响。

7.3 无精密电阻的负精密基准电压源

通过添加精密运算放大器并按特定配置，可轻松生成负基准电压，避免了使用电阻匹配带来的误差问题。

7.4 高电压悬空电流源

特定配置的电路可产生自热效应最小的悬空电流源，采用高电源电压工作，电源电压由N沟道JFET的击穿电压确定。

7.5 开尔文连接

在便携式仪器仪表应用中，开尔文连接可消除电路线缆中压降效应，将线路电阻包含在运算放大器的驱动环路中，补偿线路误差，在负载处生成正确电压。

7.6 双极性基准电压源

通过一个运算放大器和一对电阻可轻松实现双极性基准电压源，但要匹配所有元件的电阻容差和温度系数，以不影响ADR42x的精度。

7.7 可编程电流源

ADR425搭配数字电位计和Howland电流泵可构成可编程基准电流源，允许双向电流，通过合理设置参数可达到所需电流。

7.8 可编程DAC基准电压

对于多通道DAC，一个内部DAC和ADR42x基准电压源可作为其余DAC的共同可编程 (V{REF} x) ， (V{REF} x) 与 (V_{REF}) 的关系取决于数字码和电阻比值。

7.9 数据转换器的精密基准电压源

ADR42x的超低噪声、低温度系数和高精度特性使其非常适合与ADC和DAC搭配使用，如在蜂窝基站应用等低噪声应用中表现出色。

7.10 精密升压输出调节器

利用特定电路可实现具有升压电流能力的精密电压输出，负载电流由 (V_{IN}) 提供，通过更换较大器件可实现较高电流，还可在输出端添加缓冲改善瞬态响应。

8. 注意事项

8.1 绝对最大额定值

要注意电源电压、存储温度范围、工作温度范围、结温范围和引脚温度等绝对最大额定值，超出这些额定值可能导致器件永久性损坏，长期在绝对最大额定值条件下工作会影响器件的可靠性。

8.2 ESD警告

ADR42x是ESD（静电放电）敏感器件，尽管有保护电路，但遇到高能量ESD时仍可能损坏，因此要采取适当的ESD防范措施。

总之，ADR42x系列基准电压源凭借其卓越的性能和广泛的应用场景，为电子工程师在高精度设计中提供了一个可靠的选择。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理选择型号，并注意相关的使用事项，以充分发挥其优势。大家在使用过程中是否也遇到过类似基准电压源的应用问题呢？欢迎一起交流探讨。