I riferimenti tensione sono componenti critici che i circuiti integrati usano per confrontare la tensione a uno standard. Consentono la riconciliazione dei segnali analogici e digitali e contribuiscono alla capacità dell'elettronica di interagire con il mondo "reale". In questo articolo, scopri i diversi tipi di riferimenti tensione e le loro specifiche.
Specifiche di riferimento fondamentali
Quando si progetta un circuito con un riferimento tensione, ci sono alcune specifiche fondamentali da considerare:
Accuratezza iniziale
La maggior parte dei riferimenti ha una variazione della tensione d'uscita che viene misurata a 25 °C. Se questa è una costante per una determinata unità, può essere facilmente calibrata.
Deriva termica
Una misurazione importante per calcolare le prestazioni dei riferimenti tensione è la deriva termica o il modo in cui la tensione d'uscita cambia con le variazioni di temperatura. A causa di imperfezioni negli elementi del circuito, la curva di questa deriva termica può non essere lineare. Pertanto, le stime della deriva termica sono solitamente presentate in un "metodo a scatola", che calcola le tensioni massime/minime previste in un sistema senza considerare le fluttuazioni di temperatura.
Stabilità a lungo termine
Si tratta della valutazione della tendenza di una tensione di riferimento a cambiare nel tempo, indipendentemente da altre variabili. Ci possono essere molte ragioni per i cambiamenti nella stabilità a lungo termine, inclusi stress meccanico, modifiche nella composizione degli elementi del circuito e degrado della temperatura.
Isteresi termica
Si tratta di una valutazione della fluttuazione della tensione come risultato del cambiamento della sollecitazione del die a causa del ciclo termico. È importante conoscere l'uscita della tensione nominale del riferimento in cicli di temperatura successivi, poiché ciò consentirà un calcolo accurato dell'errore in uscita.
Tipi di riferimento tensione
Esistono due tipi principali di riferimenti tensione: shunt e in serie. I riferimenti shunt sono del tipo a 2 terminali, progettati per funzionare su un intervallo di corrente specifico. I riferimenti in serie sono dispositivi a tre (o più) terminali, progettati per funzionare in circuiti con grandi variazioni della tensione di alimentazione o della corrente di carico.
Progettazione di circuiti di riferimento
Esistono molti modi per progettare un circuito integrato di riferimento tensione e ognuno di essi presenta vantaggi e svantaggi specifici.
Riferimenti basati su Zener
Il riferimento di tipo Zener sepolto è un progetto relativamente semplice. Un diodo Zener (o a valanga) ha una tensione inversa prevedibile che è abbastanza costante rispetto alla temperatura e molto costante nel tempo. Questi diodi sono spesso a bassissimo rumore e molto stabili nel tempo se mantenuti entro un intervallo di temperatura limitato e ciò li rende utili in applicazioni in cui le variazioni della tensione di riferimento devono essere più limitate possibile.
Riferimenti bandgap
I riferimenti bandgap possono produrre un'ampia gamma di tensioni d'uscita con un margine di alimentazione minimo, spesso inferiore a 100 mV. Possono essere progettati per fornire tensioni d'uscita iniziali molto precise con deriva termica limitata, eliminando così la necessità di lunghe calibrazioni interne all'applicazione.
Riferimenti bandgap frazionari
I riferimenti bandgap frazionari sono riferimenti basati sulle caratteristiche di temperatura dei transistor bipolari, ma con tensioni d'uscita che possono essere anche di pochi millivolt. Sono utili per i circuiti a bassissima tensione, soprattutto nelle applicazioni comparatore, in cui la soglia deve essere inferiore a una tensione bandgap convenzionale (circa 1,2 V).
Scelta del riferimento
Nella scelta di un riferimento per il prossimo progetto, considera quanto segue:
● La tensione di alimentazione è molto alta? Scegli uno shunt.
● La tensione di alimentazione o la corrente di carico variano notevolmente? Scegli un dispositivo in serie.
● È necessaria un'elevata efficienza energetica? Scegli un dispositivo in serie.
● Stabilisci il tuo intervallo di temperatura effettivo.
● Sii realistico riguardo all'accuratezza richiesta.
● Qual è la gamma di alimentazione reale? Qual è la tensione di alimentazione massima prevista? Si verificheranno condizioni di guasto come sovraccarichi della batteria o picchi di alimentazione induttivi hot-swap che il circuito integrato di riferimento dovrà sopportare?
● Quanta corrente potrà consumare il riferimento?
● Quanta corrente di carico? Il carico assorbirà una corrente sostanziale o produrrà corrente che il riferimento dovrà dissipare?
● Quanto spazio hai a disposizione?