ADR01/ADR02/ADR03/ADR06：超紧凑型精密电压参考芯片深度剖析

在电子设计领域，电压参考源的性能对整个系统的精度和稳定性起着关键作用。今天要为大家详细介绍的 ADR01/ADR02/ADR03/ADR06 系列电压参考芯片，以其超紧凑的封装、高精度和出色的稳定性，在众多应用中展现出了卓越的优势。

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一、产品概述

ADR01、ADR02、ADR03 和 ADR06 分别提供 10.0 V、5.0 V、2.5 V 和 3.0 V 的高精度输出电压。它们采用了带隙电压参考技术，具有高稳定性和低功耗的特点。这些芯片被封装在超小型的 5 引脚 SC70 和 TSOT 封装以及 8 引脚 SOIC 封装中，其中 ADR01、ADR02 和 ADR03 的 8 引脚 SOIC 版本可直接替代行业标准的 REF01、REF02 和 REF03，并且在成本和性能上都有所提升。

二、产品特性

（一）封装优势

超紧凑的 SC70 和 TSOT 封装，以及 8 引脚 SOIC 封装，使得芯片占用的 PCB 空间更小，非常适合对空间要求较高的应用。

（二）温度特性

• 低温度系数：8 引脚 SOIC 封装典型值为 3 ppm/°C，5 引脚 SC70 和 TSOT 封装最大值为 9 ppm/°C，能在较宽的温度范围内保持输出电压的稳定。
• 宽温度范围：可在 -40°C 至 +125°C 的温度环境下正常工作。

（三）精度表现

• 初始精度可达 ±0.1%，为系统提供精确的电压参考。
• 长期稳定性好，1000 小时的长期稳定性规格为非累积的，后续 1000 小时的漂移明显低于第一个 1000 小时。

（四）其他特性

• 无需外部电容：简化了电路设计，降低了成本和 PCB 空间需求。
• 低噪声：例如 ADR02 在 0.1 Hz 至 10.0 Hz 频段的噪声仅为 10 μV p-p。
• 宽工作电压范围：不同型号适应不同的输入电压范围，如 ADR01 为 12.0 V 至 36.0 V，能满足多种电源供电需求。
• 高输出电流：可达 10 mA，能为负载提供足够的电流支持。

三、电气特性

（一）输出电压

不同型号提供不同的固定输出电压，并且根据不同的等级（A、B、C 级），输出电压的精度有所差异。以 ADR01 为例，A 和 C 级的输出电压范围为 9.990 V 至 10.010 V，B 级为 9.995 V 至 10.005 V。

（二）温度系数

不同封装和等级的芯片温度系数不同，一般来说，8 引脚 SOIC 封装的 A 级芯片温度系数较低，典型值为 3 ppm/°C。

（三）负载和线性调节特性

• 线性调节率（Line Regulation）：表示输入电压变化时输出电压的变化情况，一般在 7 ppm/V 至 30 ppm/V 之间。
• 负载调节率（Load Regulation）：反映负载电流变化时输出电压的变化，通常在 25 ppm/mA 至 70 ppm/mA 之间。

（四）其他参数

• 静态电流：在无负载情况下，典型值为 0.65 mA，最大不超过 1 mA。
• 电源纹波抑制比（RRR）：在 10 kHz 输入频率下，可达 -75 dB，能有效抑制电源纹波对输出电压的影响。

四、应用领域

（一）精密数据采集系统

高精度的电压参考能够确保数据采集的准确性，减少测量误差，提高系统的分辨率。

（二）高分辨率转换器

为转换器提供稳定的参考电压，保证转换的精度和线性度。

（三）工业过程控制系统

在工业控制中，精确的电压参考对于控制算法的实现和系统的稳定性至关重要。

（四）精密仪器

满足精密仪器对电压精度和稳定性的要求，确保仪器的测量和分析结果准确可靠。

（五）汽车电池监测

汽车环境对电子元件的可靠性和温度特性要求较高，该系列芯片的宽温度范围和高精度特性使其适用于汽车电池监测系统。

五、使用注意事项

（一）电容配置

虽然芯片设计为无需外部电容即可稳定工作，但为了提高稳定性和过滤低频电压噪声，建议在输出端连接一个 0.1 μF 的陶瓷电容。在负载电流变化较大的应用中，可并联一个 1 μF 至 10 μF 的电解、钽或陶瓷电容，但要注意这会增加芯片的启动时间。在电源电压波动较大的应用中，在输入端连接 1 μF 至 10 μF 的电容，并并联一个 0.1 μF 的陶瓷电容以减少电源噪声，且输入和输出电容应尽量靠近芯片引脚安装。

（二）输出调整

芯片提供了微调端子（TRIM），可在标称电压基础上调整输出电压。通过添加一个 470 kΩ 的串联电阻，可实现更精细的调整。不同型号的芯片调整范围不同，例如 ADR01 可在 9.70 V 至 10.05 V 之间调整。在调整输出电压时，要确保所使用的电阻温度系数较低，以免影响芯片的温度性能。

（三）温度监测

芯片的 TEMP 引脚提供了与温度线性相关的电压输出，可用于监测系统的温度变化。在 25°C 时，TEMP 电压约为 550 mV，温度灵敏度约为 1.96 mV/°C。但由于 TEMP 引脚的电压来自带隙核心，从该引脚吸取电流会对输出电压 (V_{out}) 产生显著影响，因此需要使用合适的低偏置电流运放（如 LTC2058、ADA4077 - 1 或 ADA4522 - 1）对 TEMP 输出进行缓冲。

六、典型应用电路

（一）低成本电流源

利用芯片中 NPN 达林顿管的特性，可配置一个简单的电流源。其电流计算公式为 (I{SET} = (V{out} - V{L}) / R{set})，负载电流 (I{L}) 为 (I{SET}) 和静态电流 (I{Q}) 之和。但由于 (I{Q}) 通常在 0.55 mA 至 0.65 mA 之间变化，该电路适用于一般应用。

（二）可调输出的精密电流源

以 ADR02 为例，通过添加机械或数字电位器，可实现一个可调的精密电流源。若使用数字电位器，负载电流 (I{L}=(V{REF}× D)/R_{SET})，其中 D 是数字电位器输入代码的十进制等效值。为优化电路分辨率，建议使用双电源运放。

（三）可编程 4 mA 至 20 mA 电流变送器

该系列芯片适用于工业控制市场中的多通道 16 位 4 mA 至 20 mA 电流变送器。电路采用 Howland 电流泵输出，具有效率高、元件数量少和电压适应性高的优点。负载电流计算公式为 (I{L}=frac{(R 2 + R 3) / R 1}{R 3'} × frac{V{REF} × D}{2^{N}})，其中 D 是 DAC 输入代码的十进制等效值，N 是 DAC 的位数。在该电路中，电阻匹配至关重要，否则可能会导致振荡，可在 VP 和 U4 输出端之间连接 1 pF 至 10 pF 的电容 C1 来过滤振荡。

（四）精密升压输出调节器

通过特定电路配置，可实现具有增强电流能力的精密电压输出。在该电路中，U2 通过调节 N1 的导通来使 (V{out}) 等于 (V{REF})，负载电流由 (V{IN}) 提供。在 (V{IN}) 为 15.0 V 时，可实现 50 mA 的负载电流。对于重电容负载和快速边沿输入信号的应用，可在输出端添加缓冲器以增强瞬态响应。

七、总结

ADR01/ADR02/ADR03/ADR06 系列电压参考芯片以其超紧凑的封装、高精度、低温度系数和宽工作范围等特性，为电子工程师在设计精密电路时提供了一个优秀的选择。无论是在数据采集、工业控制还是汽车电子等领域，这些芯片都能发挥重要作用。在使用过程中，我们需要根据具体的应用需求，合理配置电容、调整输出电压和利用温度监测功能，以充分发挥芯片的性能优势。同时，通过合理设计典型应用电路，能够实现各种复杂的电路功能，满足不同的系统需求。大家在实际应用中是否遇到过类似芯片的使用问题呢？欢迎在评论区交流分享。