軟件可編程電壓基準(zhǔn)

由于多種原因，設(shè)計(jì)師們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，他們的創(chuàng)新需要更多的電源電壓。例如，一個(gè)由2.5 V電源供電的系統(tǒng)突然需要高精度的 -1.4V基準(zhǔn)，用于信號(hào)電平移位電路，并需要2.1V基準(zhǔn)來驅(qū)動(dòng)ADC。相應(yīng)選擇包括添加一對(duì)運(yùn)算放大器和電阻器來使系統(tǒng)的電信號(hào)電平移位并緩沖，或添加幾個(gè)DAC。運(yùn)算放大器電路缺乏可編程能力來適應(yīng)設(shè)計(jì)變化，并且，雖然DAC提供可編程能力，但它們的設(shè)定是易失性的，并且輸出一般是單極性的，并缺乏驅(qū)動(dòng)能力。
　　圖1中的電路提供了一種簡單方式來產(chǎn)生附加的基準(zhǔn)電壓，并提供了幾個(gè)額外好處。它能夠在軟件控制下輕松產(chǎn)生正或負(fù)緩沖基準(zhǔn)。它的輸出緩沖器汲取并獲得高達(dá)10mA的電流。可以讀取并調(diào)節(jié)編程電壓。片上存儲(chǔ)器在斷電后能保存基準(zhǔn)電壓，并且如果內(nèi)部器件故障意外地導(dǎo)致編程電壓變化，那么奇偶校驗(yàn)位會(huì)指出故障。
　　可編程的電壓基準(zhǔn)包含了IC₁，它是模擬器件公司的 AD8555 高精度自動(dòng)歸零儀表放大器，包含一塊8比特DAC作為偏移調(diào)節(jié)電路的一部分。在發(fā)生偏離其預(yù)定作用的變化時(shí)，這種單調(diào) DAC 產(chǎn)生輸出電壓，擺動(dòng)范圍是V_SS（輸入代碼 0）至 V_DD-1 LSB（輸入代碼 255）。DAC的8比特分辨率提供的電壓步長是V_DD和V_SS 之間差的0.39%，例如5 V電源和19.5 mV步長。輸出電壓 (V_DAC) 下，溫度系數(shù)低于 15 ppm/℃。
　　以下方程描述了DAC的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓V_DAC的近似值：

　　接著的方程可求出電路的輸出電壓 V_OUT：V_OUT=GAIN(V_POS-V_NEG)+V_DAC，其中GAIN代表電路對(duì)于差分輸入的默認(rèn)內(nèi)部增益，大小為70。兩個(gè)輸入都接地，因此第一項(xiàng)接近0V或最大 10mV（由于輸入放大器誤差），而電路的輸出電壓V_OUT等于V_DAC。
　　在您對(duì)內(nèi)部寄存器進(jìn)行永久編程之前，它們能改變輸出電壓，并探究作為固定電壓基準(zhǔn)和可再編程8 比特 DAC 的電路行為。為了編程輸出電壓，可根據(jù)第一個(gè)方程和器件數(shù)據(jù)表的說明來加上合適模式。在驗(yàn)證之后，通過燒斷器件內(nèi)部的多晶硅保險(xiǎn)絲電阻，就能永久設(shè)定輸出電壓。如圖 2 所示，對(duì)于給定的輸出電壓電平，器件的絕對(duì)誤差在-40℃ ~ +140℃溫度范圍內(nèi)低于0.4%。

圖 1 ， 可編程儀表放大器僅占用 8 引線小型 LFCSP 封裝大小，可兼作最后時(shí)刻的可調(diào)電壓雙極基準(zhǔn)源。

圖 2， 基準(zhǔn)電路的輸出電壓誤差在 -40℃ 和 5 V 電源供電時(shí)達(dá)到最大――0.4%。