高精度微功耗電壓參考芯片LM4040/4041及其應(yīng)用

摘要：LM4040/LM4041是Micrel公司生產(chǎn)的新型微功耗高精度電壓考慮芯片。它具有高精度和低功耗的特點(diǎn)?？蔀閿?shù)據(jù)采集系統(tǒng)、測量儀器儀表、過程控制、電源管理、產(chǎn)品檢測、汽車電子以及高精度音頻設(shè)備提供高精度的電壓參考。文中介紹了LM4040/LM4041的主要特點(diǎn)、電氣參數(shù)、內(nèi)部電路和典型應(yīng)用。最后給出了一個(gè)懸浮式精密電流檢測器的應(yīng)用電路。

關(guān)鍵詞：電源 電壓參考 高精度 LM4040/LM4041

1 LM4040/4041的主要特點(diǎn)

LM4040/4041是Micrel公司生產(chǎn)的新型微功耗高精度電壓參考芯片。它可為電池供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、測量儀器儀表、過程控制、電源管理、產(chǎn)品檢測、汽車電子以及高精度音頻設(shè)備提供高精度的低功耗參考電壓。采用表面貼裝式小型SOT-23封裝形式。其大小僅3×1.3mm。

LM4040可提供2.500V、4.096V和5.000V三種參考電壓，而LM4041則有1.225V輸出和可調(diào)輸出兩種輸出形式。無論是LM4040還是LM4041，它們無有0.1%、0.2%、0.5%和1.0%等多種輸出精度的等級可供選擇，使用起來十分方便。表1列出了LM4040/4041系列中各型號(hào)等級的輸出電壓、精度和溫度漂移系數(shù)。

LM4040/4041無需濾波電容即可輸出高精度的參考電壓，而且可以方便地用來直接驅(qū)動(dòng)任何容性負(fù)載。該系列產(chǎn)品的最小工作電流范圍在60μA（LM4041-1.2型）到74μA（LM4040-5.0）型之間。而LM4040和LM4041的最大工作電流分別為15mA和12mA。

表1 LM4040/4041系列各型號(hào)等級參數(shù)

LM4040/4041采用電壓式齊納效應(yīng)技術(shù)，保證了LM4040/4041在25℃時(shí)具有±0.1%的精度（A級）。而能隙參考溫度修正技術(shù)和較低的動(dòng)態(tài)阻抗則保證了器件在電壓越限時(shí)能夠可靠地實(shí)現(xiàn)齊納翻轉(zhuǎn)，同時(shí)也拓寬了器件的溫度和電流的工作范圍。

另外，LM4040/4041高精度電壓參考芯片還具有如下特點(diǎn)：

●無需任何輸入輸出濾波電容；

●可直接驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載；

●具有1.225V、2.500V、4.096V和5.000V等多種固定電壓的輸出，并具有多種輸出精度等級可供選擇。

●具有可調(diào)電壓的輸出模式；

●溫度范圍寬；

●采用SOT-23小型表面貼封裝形式。

圖1所示是LM4040和LM4041電壓參考芯片的引腳示意圖。

2 主要參數(shù)

LM4040/4041高精度電壓參考芯片的輸出噪聲很低，在10～100Hz條件下，LM4040和LM4041芯片的輸出電壓噪聲典型值分別為35μVRMS和20μVRMS；LM4040的工作電流范圍為60μA～15mA；而LM4041的工作電流范圍為60μA～12mA；可調(diào)型LM4041的輸出電壓范圍在1.24～10V之間。以下是LM4040/4041芯片的極限參數(shù)：

●逆轉(zhuǎn)電流：20mA；

●正向電流：10mA；

●LM4041的最大可調(diào)輸出電壓：15V；

●功耗（在25℃時(shí)）：306mW；

●存儲(chǔ)溫度：-65℃～+150℃；

●焊接溫度：215℃；

●ESD感應(yīng)：人體模式時(shí)：2kV；

機(jī)器模式時(shí)：200V。

3 內(nèi)部電路及應(yīng)用說明

3.1 內(nèi)部電路

圖2是LM4040/4041的內(nèi)部電路示意圖。從圖中可以看出：它們的主要區(qū)別在于可調(diào)輸出型是將固定輸出型中的兩個(gè)分壓電阻轉(zhuǎn)移到了芯片之外，以便用戶自動(dòng)調(diào)節(jié)。但由于固定輸出型芯片中的兩個(gè)分壓電阻是生產(chǎn)時(shí)經(jīng)過特殊工藝調(diào)整和校正的，因而較之于外部分壓電阻來說，固定輸出型具有更高的精確度。

3.2 典型應(yīng)用電路

LM4040/4041的應(yīng)用非常簡單。圖3是LM4040/4041的典型應(yīng)用電路，可以看出：LM4040/4041無需任何外部濾波電容即可輸出穩(wěn)定的電壓。需要說明的是：固定輸出型LM4040/4041內(nèi)有一個(gè)寄存器的肖特基二極管，因此，在使用時(shí)應(yīng)將這些芯片的3腳懸空或接到1腳上。而對于可調(diào)輸出型LM4041芯片，一般將3腳和電路的負(fù)端相連接。

在圖3中，連接在電源輸入端和電壓參考芯片之間的Rs是一個(gè)限流電阻，可用來調(diào)節(jié)電路的負(fù)載電流IL和參考電流IQ。在調(diào)節(jié)Rs時(shí)，電路的負(fù)載電流和加在LM4040/4041上的電壓都將發(fā)生變化。當(dāng)電源電壓較小而要求負(fù)載電流較大時(shí)，Rs應(yīng)選擇得小一些。當(dāng)電源電壓較大而負(fù)載電流要求較小時(shí)，Rs則應(yīng)該選得大一些。Rs值大小原則上應(yīng)使流達(dá)LM4040和LM4041上的電流分別小于15mA和12mA為準(zhǔn)。具體選擇可以用下式進(jìn)行計(jì)算：

Rs=(Vs-VR)/(IL+IQ)

式中，Vs為電源電壓，VR為LM4040/4041的雪崩擊穿電壓，IL為負(fù)載電流，IQ為參考工作電流。

可調(diào)輸出型LM4041的輸出電壓Vo可1.24～10V之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。其值的大小除與LM4041的內(nèi)部參考電壓有關(guān)外，主要取決于LM4041外部的反饋分壓電阻R1和R2。Vo與R1和R2的關(guān)系如下：

Vo=VREF[(R2/R1)+1]

在無特殊情況時(shí)，式中的VREF一般取1.24V。

3.3 懸浮式電流檢測器

圖4所示是采用可調(diào)輸出型LM4041的懸浮式精密電流檢測器的應(yīng)用電路。圖中的D1可選用普通的LED發(fā)光二極管。隔離器件選用6引腳的光電藕合器4N28。電路的電源電壓為5V.利用該電路可對0～20mA的測量信號(hào)進(jìn)行精密地隔離輸出，并可用于將物理量變換為電參量的多種測量系統(tǒng)中。