Sursa de tensiune de referință

O sursă sau generator de tensiune de referință (ION) este un ansamblu electronic de bază care menține o tensiune DC foarte stabilă la ieșire . Ionii sunt utilizați pentru a seta tensiunea de ieșire a surselor de alimentare stabilizate , scalele convertoarelor digital-analogic și analog-digital , modurile de funcționare ale circuitelor și sistemelor integrate analogice și digitale și ca standarde de tensiune în instrumentele de măsură. Precizia măsurării, conversia și stabilitatea acestor dispozitive sunt determinate de parametrii de precizie ai ION-ului utilizat în ele.

Cele mai precise surse de tensiune sunt standardele de laborator criogenice bazate pe efectul Josephson . Din 1976 până la sfârșitul anilor 1990, piața ION-urilor seriale de precizie a fost dominată de dispozitive bazate pe diode Zener cu structură ascunsă , dintre care cele mai bune mostre se apropiau de elementul Weston normal în ceea ce privește parametrii de precizie . În anii 2000, ION-urile superbandgap bazate pe tranzistoare bipolare, ION-urile de tip XFET bazate pe perechi diferențiale de tranzistoare cu efect de câmp și ION-urile de tip FGA bazate pe tranzistori cu poartă flotantă au atins un nivel comparabil de precizie și stabilitate . În dispozitivele cu cerințe relativ scăzute pentru acuratețea și stabilitatea tensiunii de referință, se folosesc ION-uri integrate ieftine de tip bandgap și diode zener convenționale într-un design discret sau integrat.

Contur istoric

Înainte de inventarea circuitelor integrate

În epoca tuburilor vidate , proiectanții de echipamente radio dispuneau de două tipuri de surse de tensiune de referință: diode zener cu descărcare în gaz și sursele de tensiune chimică (baterii și celule galvanice de unică folosință) [1] . Celulele Clark cu mercur - zinc la 1,434 V și celulele Weston normale cu mercur- cadmiu la 1,019 V au avut cea mai bună acuratețe inițială a tensiunii [2] . Masive și în același timp fragile, care nu permiteau șocuri și vibrații, celulele Weston umplute cu substanțe toxice au fost folosite exclusiv în condiții de laborator, iar celulele galvanice și bateriile etanșate mai puțin precise, dar ieftine și relativ sigure au fost folosite în echipamentele radio în serie . 3] . Celulele mercur-zinc cu o tensiune de 1,35 V, care au fost utilizate în timpul celui de -al Doilea Război Mondial , erau capabile să furnizeze un curent de câțiva mA timp de mai mult de o mie de ore, dar erau inferioare ca precizie și stabilitate standardelor de tensiune de laborator [4] . Pentru a seta tensiuni de la 80 V la 1 kV, s-au folosit diode Zener cu descărcare luminoasă umplute cu gaze inerte ; pentru tensiuni de la 400 V la 30 kV s-au folosit diode Zener cu descărcare corona umplute cu hidrogen . Dispozitivele pe diode zener cu gaz nu au necesitat întreținere regulată, dar abaterea lor de la tensiunea nominală a ajuns la ± 5% [5] .

În 1953, Clarence Zener a inventat o diodă zener cu semiconductor , sau „dioda Zener” - o diodă semiconductoare care funcționează în modul de defalcare inversă reversibilă și menține o tensiune constantă la bornele sale pe o gamă largă de curenți și temperaturi [6] . Indicatorii de acuratețe și zgomot ai diodelor zener „obișnuite”, fără design și îmbunătățiri tehnologice, au fost și rămân mediocri [7] . Studiile din anii 1960 au arătat că cea mai bună performanță este caracteristică diodelor zener, a căror tensiune de defalcare inversă este aproximativ egală cu 6 V [7] . Și mai precisă a fost o pereche de o diodă zener de 5,6 V și o diodă de siliciu [7] sau mai multe diode [8] conectate în serie cu aceasta în direcția înainte . Coeficientul de temperatură de tensiune (TKV) al unor astfel de dispozitive a ajuns sub nivelul de 10 ppm / ° C, ceea ce i-a mulțumit pe deplin pe proiectanții acelor ani [7] . Cu toate acestea, tensiunea de stabilizare a diodelor zener compensate termic nu poate fi redusă sub ~ 7 V, iar curentul nu poate fi redus sub câțiva mA, ceea ce a făcut dificilă utilizarea lor în dispozitive de joasă tensiune și microputere și prețul ridicat din cauza pregătirea termică electrică pe termen lung din fabrică a împiedicat utilizarea lor în echipamente de masă [7] .

În 1962, studentul de la Cambridge în vârstă de douăzeci și doi de ani, Brian Josephson , a prezis posibilitatea creării unui standard de tensiune de precizie pe contactele supraconductoare [9] . În 1968 au început studiile practice ale joncțiunilor Josephson , în 1971-1972 serviciile metrologice naționale din Australia , Marea Britanie , Canada , SUA și Germania au efectuat contraverificări ale acestor dispozitive, în iulie 1972 Serviciul Metrologic al SUA a făcut standardul pe Josephson joncțiuni un standard național, iar în ianuarie 1990 a devenit standardul mondial [9] . Standardul Josephson cu o eroare relativă redusă de 5·10 −9  este sursa de tensiune cea mai stabilă și mai precisă, dar necesită răcire cu heliu lichid și, prin urmare, este aplicabil numai în condiții de laborator [8] [2] .

ION- uri integrate clasice

În 1966, National Semiconductor a lansat LM100, proiectat de Bob Widlar , primul regulator de tensiune integrat. Tensiunea de referință LM100 a fost stabilită de o diodă zener plană formată direct în cip. La începutul anului 1970, Widlar a lansat primul regulator integrat cu trei terminale, LM109. În acest microcircuit, a fost folosit pentru prima dată banda interzisă cu trei tranzistoare inventată de Widlar  - o sursă de tensiune aproximativ egală cu lățimea intervalului de bandă [10] . Un an mai târziu, National Semiconductor a lansat LM113, dezvoltat de Widlar și Bob Dobkin , un circuit integrat bandgap cu doi pini de 1,220 V cu un TCH care nu depășește 100 ppm/°C [10] . În 1974, Paul Brokaw a inventat o topologie diferită, cu doi tranzistori bandgap, care a oferit o precizie de referință semnificativ mai bună și, prin urmare, a cucerit piața. Widlar a continuat dezvoltarea și în 1976-1977 a propus o familie de noi topologii, pe baza căreia a fost construit primul subbandgap - un ION de precizie pentru o tensiune semnificativ mai mică decât band gap (200 mV - LM10, 1977).

La începutul anilor 1970, industria nu avea încă nevoie de referințe de referință foarte stabile și precise. Cererea pentru acestea a apărut la mijlocul deceniului, odată cu începerea producției primelor convertoare integrate digital -analogic și analog-digital [11] . Nici diodele zener, nici banda interzisă de prima generație nu au îndeplinit cerințele proiectanților DAC și ADC pentru deviația de temperatură. Un dispozitiv mult mai precis, o diodă zener cu structură ascunsă (SSS), a fost lansat pentru prima dată într-o versiune discretă în 1974, iar în 1976 National Semiconductor a lansat LM199 dezvoltat de Dobkin - primul SSS integrat la 6,95 V [12] (sovietic ). analog este 2S483 [13] ). Datorită termostatului încorporat și amplificatorului de curent, noul microcircuit avea un TCH maxim garantat de 1 ppm/°C și un TCH tipic de 0,3 ppm/°C la un nivel de zgomot în domeniul de frecvență audio de cel mult 7 μV rms [14] . Odată cu lansarea LM199, circuitul ION a fost împărțit în două ramuri: ION-uri integrate scumpe pe CCC pentru cele mai critice sarcini (măsurarea ADC-urilor, standarde de tensiune) și intervale de bandă ieftine, dar mai puțin precise pentru toți ceilalți (stabilizatori de tensiune, putere). monitoare de alimentare). LTZ1000 dezvoltat de Dobkin, care a intrat pe piață în 1987, rămâne până în prezent cea mai precisă referință integrată în serie și este utilizat în cele mai precise standarde de laborator în stare solidă. Producătorul lor, Fluke , susține o instabilitate temporală de 1 ppm/an și o SV de 0,1 ppm/°C [15] [8] [16] . Aici este necesar să se țină seama de faptul că valoarea absolută a tensiunii de ieșire a LTZ1000 este determinată doar aproximativ și numai măsurarea pe un echipament (primar) mai precis și indicarea valorii de măsurare în pașaport pentru un anumit produs face este un instrument de referință cu caracteristicile metrologice necesare. Vezi, de exemplu, Tabel. 8 în articolul [17] . În acest fel, acest ION diferă de cel mai puțin precis, dar totuși primar în ceea ce privește utilizarea lor, ION din seria LTC6655 etc., unde tensiunea rezultată și incertitudinea acesteia sunt date în documentația tehnică.

Ultimele evoluții

În anii 1980 și 1990, îmbunătățirea circuitelor, tehnologiei și introducerea reglajului cu laser au făcut posibilă reducerea decalajului calitativ dintre cele două tipuri de dispozitive [18] . La începutul anilor 2000, au intrat pe piață „super bandgaps”, o nouă generație de bandgap cu o acuratețe inițială excelentă și un nivel scăzut de zgomot [19] . Până în 2005, „superbandgaps” erau egale în ceea ce privește indicatorii individuali de acuratețe cu CCC, dar nu le puteau depăși în ceea ce privește totalitatea indicatorilor [19] .

În 1997, Analog Devices a lansat un tip fundamental nou de ION sub marca comercială XFET [20] . Circuitele unor astfel de dispozitive amintesc de bandgap-ul Brokaw, în care tranzistoarele bipolare sunt înlocuite cu tranzistoare cu efect de câmp . Cu toate acestea, cu o topologie similară, XFET utilizează un principiu complet diferit de funcționare - măsurarea indirectă a constantei dielectrice a siliciului în canalul tranzistorului cu efect de câmp . Acest indicator, ca și tensiunea la joncțiunea pn, scade odată cu creșterea temperaturii, dar este mai previzibil, iar TKV-ul său este mai stabil decât TKV-ul joncțiunii pn într-un circuit real. Analog Devices a început să dezvolte noi dispozitive pentru a depăși limitările fundamentale atât ale bandgap-ului, cât și ale diodelor zener îngropate, iar proiectul a fost un succes în general. A 2-a și a 3-a generație XFET TCR (3 ppm/°C) este încă semnificativ mai rău decât cel mai bun Zener RC TCR, dar are o formă mai bună, aproape liniară, de tensiune față de temperatură, cu mai puțin zgomot, mai puțină deriva în timp și totuși un XFET mult mai ieftin [21] [8] .

În 2003, Xicor (din 2004 o divizie a Intersil ) a lansat un alt tip fundamental nou de ION, numit FGA [22] . Principiul de funcționare al acestor dispozitive, precum și principiul de funcționare al microcircuitelor de memorie nevolatilă , se bazează pe stocarea pe termen lung a sarcinii pe o poartă izolată a unui tranzistor cu efect de câmp . FGA își „amintește” literalmente tensiunea analogică, „înregistrată” în adâncurile structurii CMOS [22] . Durata de viață garantată a „memoriei” a primei generații FGA a fost de zece ani, iar parametrii de precizie au fost comparabili cu cele mai bune benzi interzise, ​​cu un curent de alimentare mai mic (mai puțin de 0,8 μA per celulă de memorie cu un amplificator tampon) [22] .

Astfel, la începutul secolului XXI, patru tipuri diferite de referințe de referință integrate de precizie concurau pe piață: diodă zener cu structură ascunsă, superbandgap, XFET, FGA. Până în 2005, reperul important din punct de vedere psihologic - TKN de 1 ppm/°C - a fost depășit de mai multe circuite integrate bazate pe CCC, mai multe superbandgap și o versiune de cinci volți a primei generații FGA [22] (nelansată în 2012 [23] ) . Numai în SUA, ION-urile de precizie cu design propriu sunt produse în serie de Advanced Linear Devices , Analog Devices , Fairchild Semiconductor , Intersil , Linear Technology , Maxim Integrated Products , Microchip Technology , Microsemi , National Semiconductor , ON Semiconductor , Philips , Semtech , Texas Instruments (care a absorbit Burr- Brown ) și Apex Microtechnology (producător de cipuri dezvoltat de defuncta Thaler Corporation ) [24] .

Aplicații

Cifre cheie

Funcția principală a ION - generarea unei tensiuni cunoscute - determină principalele sale caracteristici: „ acuratețe ” și „ stabilitate ” [25] . Aceste concepte, precum și conceptele de „ erori ”, „ derivare ” și „ zgomot ”, sunt definite diferit în diferite industrii: metrologi , proiectanți de instrumente de măsurare și proiectanți de dispozitive electronice convenționale, de non-precizie, propuși similare, dar cerințe care nu coincid pentru ION [ 26 ] . Nu există standarde de stat care să determine indicatorii surselor de tensiune de referință în Federația Rusă. Pentru ION integral cu două ieșiri (analogii diodelor Zener), se pot aplica standardele dezvoltate pentru diode Zener discrete, pentru ION cu trei ieșiri - standardele pentru stabilizatorii liniari de tensiune. Seturi de indicatori ai stabilizatorilor de tensiune în GOST 19480-89 „Microcircuite integrate. Termeni, definiții și denumiri de litere ale parametrilor electrici” și în GOST R 52907-2008 „Surse de alimentare. Termenii și definițiile diferă, în special, în definițiile de intersectare, dar nu identice, derive a tensiunii de ieșire [27] (GOST 19480-89) și instabilitate pe termen lung (GOST R 52907-2008) [28] .

Documentația tehnică pentru RP-urile integrate, dintre care majoritatea sunt dezvoltate de companii americane, este întocmită conform standardelor care s-au dezvoltat tocmai în industria americană. Cel mai complet set de caracteristici ION reflectă nevoile proiectanților de ADC-uri de precizie, iar cei mai importanți indicatori pentru acestea sunt, în ordinea descrescătoare a semnificației: răspândirea inițială a tensiunii de referință (abaterea inițială a tensiunii de referință de la valoarea nominală) , coeficientul de temperatură al tensiunii de referință și deriva sa pe termen lung („instabilitatea la includerea pe termen lung „în termenii GOST R 52907-2008 [28] ) [29] . Cu cât sunt impuse cerințe mai puțin stricte asupra acurateței ION, cu atât setul de indicatori normalizați este mai restrâns. Pentru stabilizatorii de tensiune ieftini, singurul indicator de precizie poate fi normalizat - răspândirea inițială [30] sau intervalul admisibil de modificări ale tensiunii de ieșire (limitele superioare și inferioare). Este ultima opțiune (gamă de valori) luată ca bază de către compilatorii GOST 19480-89 [31] .

Răspândire inițială

Distribuția inițială a tensiunii de ieșire este definită ca abaterea maximă a tensiunii continue la ieșirea ION de la tensiunea nominală atunci când IC este pornit pentru prima dată. Distribuția inițială este de obicei măsurată la temperatură normală (+25°C) și la tensiunea nominală de intrare și curentul de ieșire ale producătorului. Pentru diodele Zener, răspândirea inițială poate ajunge la 5% din valoarea nominală; pentru ION-urile integrale, aceasta variază de la ±1% (cea mai slabă precizie) la ±0,01%, sau ±100 ppm [30] . Răspândirea inițială, cu excepția cazului în care se specifică altfel în documentație, nu include decalajul de tensiune admisibil care apare atunci când cipul este lipit pe placă .

Coeficientul de temperatură al tensiunii

TKN în sens restrâns este un indicator diferențial egal cu raportul dintre modificarea relativă a tensiunii de ieșire și modificarea mică a temperaturii mediului care a provocat-o, toate celelalte lucruri fiind egale [30] . În documentația pentru ION-urile integrate, acest parametru este de obicei definit diferit, prin „metoda dreptunghiului”: TKN este egal cu raportul dintre diferența dintre tensiunea de ieșire maximă și minimă garantată de producător pentru toate temperaturile de funcționare la tensiunea nominală de intrare și curent de ieșire, la lățimea intervalului de temperatură de funcționare: [32]

[32]

Indicatorul integral determinat astfel este potrivit doar pentru estimarea deplasării tensiunii limitative la marginile temperaturilor de funcționare și nu se recomandă utilizarea lui la intervale de temperatură mai mici [33] . Faptul este că o dependență apropiată de liniară este caracteristică numai dispozitivelor de precizie de tip XFET și FGA, precum și benzile interzise simple care se abat semnificativ de la „alinierea” calculată și nu au suferit o reglare fină. Cu „alinierea” corectă sau cu reglarea sa individuală, ION-urile simple de bandă și diode Zener sunt caracterizate printr-o caracteristică parabolică, ION-urile de bandă și diode Zener cu circuite de corecție neliniaritate au o formă de S (parabolă cu o cocoașă tăiată) [33]. ] . TKN diferenţial al unei astfel de caracteristici curbilinie poate diferi semnificativ de indicatorul integral [33] .

TKN al ionilor integrali comerciali ieftini de toate tipurile este limitat la 10 ppm/°C [34] . Reducerea TCH-ului benzii interzise și a ionilor cu diode zener la un nivel mai mic de 5 ppm/°C necesită o creștere semnificativă a costului tehnologiei, iar limita practică a TCH garantat al produselor în serie este de 1 ppm/°C [34 ] . Valori mai mici ale TKN sunt posibile numai în serii separate de ION-uri de super-precizie pe diode Zener cu un strat ascuns (Thaler VRE3050J - 0,6 ppm/°C în intervalul -40 ... +85 °C [35] ) .

O scădere suplimentară a TCH este posibilă numai prin stabilizarea termică a ION, care îngustează intervalul de modificare a temperaturii cristalului la câteva grade sau fracțiuni de grad. Primul ION integrat cu un încălzitor cu cristal elicoidal și un controler de temperatură încorporat, LM199, a atins deja în 1976 nivelul TKH de 1 ppm/°C la o valoare tipică de 0,3 ppm/°C [14] . Produsă din 1987, dioda Zener cu strat ascuns în serie LTZ1000 cu încălzitor încorporat are un TKN maxim garantat de 0,05 ppm/°C [36] . În LM199, temperatura cristalului este stabilizată la +86 °C [37] , cu toate acestea, conform Fluke , astfel de temperaturi ridicate nu sunt optime: scăderea temperaturii de funcționare la +50 °C reduce deviația pe termen lung a diodei zener. la jumătate. Fluke susține că standardele sale de laborator bazate pe LTZ1000 sunt garantate a fi mai mici de 1 ppm pe an [16] .

Pe lângă instabilitatea inerentă a ION, termocuplurile parazite , formate prin conectarea unor metale diferite ale cablurilor electrice ale dispozitivului ION și conductoarele de cablare, contribuie, de asemenea, la eroarea tensiunii de referință . Cu o diferență de temperatură între diferite terminale, EMF-ul temperaturilor parazite se adaugă la tensiunea intrinsecă a IONului sau se scade din acesta. Deci, în locurile în care cablurile de microcircuit sunt lipite pe o placă de circuit imprimat, se pot forma termocupluri, introducând o eroare suplimentară, a cărei valoare depinde de diferența de temperatură dintre lipituri. Instabilitatea generată de aceste termocupluri necompensate este cea mai semnificativă pentru ION-uri în carcase metalice cu cabluri insidioase . De obicei, nu este indicat în specificațiile pașapoartelor pentru TKN ION [38] .

.

Deriva și zgomot

GOST-urile rusești nu stabilesc o graniță exactă între deriva („cea mai mare valoare a modificării tensiunii la ieșirea unui circuit integrat într-un interval de timp dat în absența altor factori destabilizatori”’ [27] ) și zgomot („tensiune la ieșirea unui circuit integrat într-o bandă de frecvență dată la o tensiune de intrare egală cu zero” [39] ) a IONului integral. În documentația IC, granița dintre deriva și zgomot este trasată la o frecvență de 0,1 Hz [40] .

Deriva lungă

În timpul funcționării pe termen lung a ION, se observă două tipuri diferite de derive: deviație pe termen scurt - abateri aleatorii ale tensiunii de ieșire cu un spectru de frecvență sub 0,1 Hz și derive pe termen lung, de obicei sub forma unei creșteri sistematice sau scăderea tensiunii de referință la intervale de timp de sute și mii de ore [41] . Viteza relativă a derivei pe termen lung, definită în GOST R 52907-2008 ca „instabilitate parțială în timpul funcționării pe termen lung” [28]  este a treia cea mai importantă componentă a instabilității ION [41] .

În timp, viteza de derive lungă scade și tensiunea de ieșire se stabilizează. Producătorii specifică de obicei cantitatea maximă de deriva permisă în primele 1000 de ore de funcționare, exprimată în ppm la mie de ore (ppm/1000h, ppm/kHr). Cele mai mici rate de deriva, de la 5 la 10 ppm la 1000 de ore, sunt caracteristice pentru RC pe diodele Zener cu o structură ascunsă și RC pe tranzistoarele cu poartă flotantă. Viteza și direcția derivei după această perioadă nu sunt de obicei standardizate. Documentația Linear Technology declară că rata de derive scade exponențial, în timp ce valoarea derivei pentru a doua mie de ore este de aproximativ trei ori mai mică decât pentru prima mie și așa mai departe [42] . Documentația Intersil normalizează valoarea absolută a derivei pe întreaga durată de viață a microcircuitului, iar deriva pentru primele mii de ore este dată pentru referință [43] .

Măsurarea derivării este o sarcină non-trivială care necesită instrumente de măsurare deosebit de stabile și controlul pe termen lung al temperaturii standului de măsurare. Bob Pease și-a amintit că în primul an al LM199, „...am folosit un DMM superb [la vremea respectivă] cu șase cifre ... și s-a dovedit că toate cipurile pe care le-am testat erau sincronizate. Ionii de control de alte tipuri [celule galvanice, bandgaps, diode zener] au deplasat, de asemenea, sincron [cu mostrele LM199]. ION din interiorul DMM a fost vinovatul.” [44]

Nu există un consens dacă deriva poate fi stabilizată prin antrenament termic electric accelerat . Linden Harrison subliniază că designerii cu experiență antrenează așchii la 125°C timp de o săptămână înainte de a lipi pe placă, în așteptarea că „ recoacerea ” ameliorează solicitările mecanice acumulate în cip [41] . Bob Pease a recomandat „running in and thermal cycling” nu numai pentru a ajunge la un platou de deriva, ci și pentru a respinge mostrele instabile [45] . Inginerul de tehnologie liniară John Wright susține că ecuația Arrhenius nu se aplică antrenamentului cu cipuri, iar „stabilizarea derivei” accelerată este imposibilă. Potrivit lui Wright, antrenamentul are sens doar la nivelul PCB -ului finit [46] .

Zgomot

Zgomotul ionilor de precizie este de obicei normalizat în două intervale de frecvență: 0,1-10 Hz și 10-1000 Hz [40] . Filtrarea zgomotului cu filtre RC active sau pasive este aplicabilă numai în intervalul superior. La frecvențe sub 10 Hz, capacitățile calculate ale condensatorilor de filtru și, odată cu ele, curenții de scurgere așteptați prin acești condensatori , cresc atât de mult încât „contribuția” curenților de scurgere la instabilitatea ION-ului depășește orice beneficii de la filtrare.

Tensiunea de zgomot este de obicei citată ca tensiune de zgomot vârf la vârf [40] . Tensiunea RMS de zgomot este de aproximativ 6 ori mai mică decât această valoare:

[40]

Oscilația tensiunii de zgomot a ionilor de „super-precizie”, măsurată în banda de 0,1–10 Hz, variază de la 1,5 la 5 μV [47] (pentru referință, același indicator al unui stabilizator liniar integral este de obicei 0,01% din tensiunea de ieșire). , sau 500 µV la 5V tensiune de ieșire [48] ). În ADC-urile de măsurare de înaltă calitate, intervalul de zgomot de la vârf la vârf nu trebuie să depășească 10% din valoarea cifrei cele mai puțin semnificative [49] [50] , prin urmare, o referință cu zgomot scăzut pentru tensiunea 5 cu un nivel de zgomot de 1,5 μV (0,3 ppm vârf-vârf, de exemplu LTC6655 [42] ) îndeplinește cerințele pentru convertoare de cel mult 18 biți [51] .

Histerezis termic

Cristalul de siliciu, suportul de cristal, pachetul de microcircuite și materialul plăcii de circuit imprimat au coeficienți diferiți de dilatare termică . Expansiunea neuniformă în timpul încălzirii generează solicitări mecanice în cristal , care persistă chiar și după răcire la temperatura normală [46] [33] . Ca urmare, apare histerezisul termic : tensiunea ION la sfârșitul ciclului de încălzire-răcire nu coincide cu tensiunea de la începutul ciclului [52] .

Raționalizarea acestui fenomen este o practică relativ recentă [52] . În documentația microcircuitului, histerezisul termic este  definit ca diferența maximă așteptată între tensiunile de ieșire la începutul și la sfârșitul ciclului de testare termică. Valorile tipice sunt în jur de ±25 ppm, sau ±0,0025% din tensiunea de ieșire [52] . Tensiunile inițiale și finale sunt întotdeauna măsurate la temperatură normală (+25 °C), iar durata și intervalul de temperaturi ale ciclului de testare pot varia semnificativ. În cazuri rare, producătorii normalizează histerezisul pentru cicluri de intensitate diferită (LT1461 pentru cicluri de 0...70 °C, -40...85 °C și -40...125 °C) și publică histograme ale distribuției sale în amplitudine și semn [46] [53] .

Se observă cazuri speciale de histerezis termic atunci când un cristal este montat pe un suport de cristal și când un microcircuit este lipit pe o placă de circuit imprimat. Microcircuitele din pachetele metalice cu cabluri flexibili sunt puțin afectate de aceste fenomene, iar în microcircuitele cu cabluri rigide, deplasarea tensiunii de referință în timpul ambalării poate ajunge la 0,5% [54] . Schimbarea tensiunii în timpul lipirii nu este de obicei standardizată: histerezisul este măsurat pe microcircuite instalate în panourile de montare ale standului de testare. Documentația Analog Devices afirmă că diferența de tensiune inițială specificată nu include decalajul de lipit [55] . Documentația Linear Technology oferă histograme ale distribuției acestei schimbări în amplitudine (LT1461 - răspândit de la -300 la +100 ppm, în medie -110 ppm) și estimează rata de „contracție” a acesteia în timpul funcționării normale [53] .

Tabel de comparație

Principalii indicatori normalizați pentru ION-urile moderne de precizie, valorile lor tipice pentru diferite topologii și caracteristicile reprezentanților selectați ai fiecărei topologii sunt date în tabelul comparativ [56] . Pentru ca atât indicatorii absoluti, cât și cei relativi ai diferitelor microcircuite să fie comparabili, au fost selectate numai microcircuite pentru o tensiune de ieșire de +5 V. Toate dispozitivele enumerate pe diode Zener și tranzistoare bipolare diferă în curenți mari (unități de mA) consumați . Este posibilă o scădere a curentului, dar este însoțită inevitabil de o creștere a zgomotului. Combinația de curenți mici (zeci de µA) și niveluri de zgomot scăzute (până la 10 µV) este posibilă numai în ION-urile bazate pe tranzistori cu poartă flotantă , dar chiar și în această topologie există o dependență inversă a nivelului de zgomot de curent. În mod implicit, toți parametrii de precizie pot lua atât valori negative, cât și pozitive, semnul ± este omis în documentația tehnică.

Index Unitatea
de măsură		 Topologii de bază ale referințelor integrate de precizie
Pe diode zener cu o structură ascunsă Superbandgaps Pe perechea diferenţială PT (XFET) Poarta plutitoare FET (FGA)

Valori tipice [a 1]		 Thaler
VRE3050 [a 2]
Valori tipice [a 1]		 Linear
LTC6655 [a 3]
Valori tipice [a 1]		 Analog Devices
ADR425B [a 4]
Valori tipice [a 1]		 Intersil
ISL21009 [a 5]
Scatter initial % 0,02% 0,01% 0,04% 0,025% 0,04% 0,04% 0,01% 0,01%
Coeficient
de temperatură fără control al temperaturii cristalului
 ppm/°C <2 0,6 max.
0,3 tip.		 <3 2 max.
1 tip.		 <3 3 max.
1 tip.		 3 3
Forma caracteristică a temperaturii În formă de S aproape de liniar
derivă lungă ppm/1000h douăzeci 6 40 60 40 cincizeci zece aproximativ 10 [a 6]
Histerezis termic ppm/ciclu - 1 [a 7] - 30 [a 8]
60 [a 9]		 - 40 - 50 [a 10]
Tensiune de zgomot în bandă 0,1-10 Hz µV vârf-vârf 3 3 zece 0,1 - 3.4 - 4.5
Tensiune de zgomot în bandă 10-1000 Hz µV rms 3 5 zece 0,67 - Nestandardizat - 2.2
Curent fără sarcină (consum minim de curent) [a 11] mA 2,4 max. patru 0,75 7 - 0,6 - 0,18 max.
0,095 tip.
Posibilitate de reglare fină pe placă da ±5 mV Poate Nu da ±0,5% V REF da ±2,5% V REF
Interval de temperatură de lucru °C 0…+70 -40…+85 -40…+85 −40…+125 −40…+125 −40…+85 [a 12] −40…+125
Note de tabel
  1. ↑ 1 2 3 4 Harrison, L. Surse de curent și referințe de tensiune . — Newnes, 2005. — P.  434 . — 569 p. — ISBN 9780750677523 .
  2. ↑ VRE3050: Referință de precizie la costuri reduse . Thaler Corporation (2000-07-01). Consultat la 1 noiembrie 2012. Arhivat din original pe 26 noiembrie 2012. . Date seria VRE3050J. În 2012, produs de Apex Microtechnology, care s-a desprins din Cirrus Logic și a moștenit linia ION Thaler
  3. ↑ LTC6655: 0.25ppm Noise, Low Drift Precision Buffered Reference Family (link nu este disponibil) . Tehnologia liniară (2009). Consultat la 1 noiembrie 2012. Arhivat din original la 1 aprilie 2010. 
  4. ↑ ADR420/ADR421/ADR423/ADR425: Ultraprecizie, zgomot redus, 2.048V/2.500V/3.00V/5.00V Referințe de tensiune XFET® . Analog Devices (2001-2011). Consultat la 1 noiembrie 2012. Arhivat din original pe 8 ianuarie 2013. . Date seria ADR425B
  5. ↑ ISL21009: Precizie de intrare de înaltă tensiune, referințe de tensiune FGA™ cu zgomot redus . Intersil (16-09-2009). Consultat la 1 noiembrie 2011. Arhivat din original pe 8 ianuarie 2013. . Date seria ISL21009BFB850Z.
  6. ↑ Deviația pentru întreaga durată de viață este normalizată - 50 ppm timp de 10 ani. Evaluarea derivei pentru primele 1000 de ore este dată ca „aproximativ”
  7. ↑ Pentru orice modificare de temperatură în intervalul de funcționare
  8. ↑ Când temperatura se schimbă de la -0 la +70 °C
  9. ↑ Când temperatura se schimbă de la -40 la +125 ° C
  10. ↑ Ciclu de testare +25 °C → +125 °C → -25 °C → +25 °C
  11. ↑ Conceptul de curent fără sarcină se aplică dispozitivelor seriale (cu trei ieșiri), conceptul de curent minim - tuturor, inclusiv paralel (cu două ieșiri)
  12. ↑ Validat la temperaturi scăzute până la -195°C, vezi Patterson, R.; Hammoud, A. Performance of Precision Floating Gate Analog Voltage References at Cryogenic Temperatures  // NASA Electronic Parts and Packaging. - 2005. - Nr Decembrie 2005 .

Ioni simpli

ION pe diode zener

Bandgaps

Principiul de funcționare a bandgap -urilor  - surse de tensiune determinate de lățimea bandgap -ului unui semiconductor - se bazează pe dependența fundamentală a tensiunii de o joncțiune pn polarizată direct de curent și temperatură. La un curent fix, această tensiune scade liniar odată cu creșterea temperaturii cu un TKV de aproximativ -2 mV/°C. Dacă adăugăm această tensiune la tensiunea de pe alt element de circuit, tensiunea pe care este proporțională cu temperatura absolută, atunci cu scalarea corectă a celor doi termeni, coeficienții lor de temperatură se compensează reciproc, iar suma celor două tensiuni, în prima aproximare, va fi egală cu banda interzisă a semiconductorului utilizat la T = 0 K și nu va depinde de temperatură.

„Celălalt element” este de obicei o pereche de tranzistoare bipolare într-o conexiune de diodă, care funcționează cu densități de curent diferite. Diferența dintre tensiunile la joncțiunile emițătorului acestor tranzistoare depinde numai de temperatură și de raportul densităților de curent. Valoarea sa absolută în circuitele reale nu depășește 100 mV, prin urmare, pentru a compensa cu precizie două TKN, trebuie amplificată de 5 ... 15 ori. În cel mai comun circuit bandgap, propus de Paul Brokaw la mijlocul anilor 1970, aceeași pereche de tranzistoare servește atât ca sursă a unei tensiuni proporționale cu temperatura absolută (tensiune PTAT), cât și a unei tensiuni care scade odată cu creșterea temperaturii (tensiune CTAT) , iar scalarea și însumarea termenilor se realizează printr-un simplu divizor pe două rezistențe . Inevitabila împrăștiere a parametrilor tehnologici determină indicatori de acuratețe mediocri ai unor astfel de circuite: împrăștierea inițială este de obicei de ±3% din tensiunea de ieșire, iar în circuitele cele mai avansate este de ±1,6% [57] . În așa-numita subbandgap , generând o tensiune de referință de sute de mV, răspândirea este și mai mare - până la ± 3,6% [58] . Cu „centrarea” precisă a componentelor, temperatura caracteristică a tensiunii de referință are o formă caracteristică parabolică cu un maxim în centrul intervalului de temperatură de funcționare. La marginile domeniului de funcționare, tensiunea scade cu aproximativ 0,2% din maxim. Cu abateri de la centrarea ideală, cocoașa caracteristicii de temperatură se poate deplasa dincolo de intervalul de temperatură de funcționare, iar caracteristica de temperatură observată se apropie de una liniară. Coeficientul de temperatură al tensiunii poate fi redus cu ajutorul circuitelor de compensare a neliniarității, răspândirea tensiunii poate fi redusă prin ajustarea individuală a microcircuitelor, iar nivelul ridicat de zgomot inerent bandgaps este aproape imposibil de redus.

Cu toate deficiențele lor, benzile interzise simple sunt utilizate masiv în stabilizatorii liniari și microcircuite de monitorizare a tensiunii (familia 78XX , TL431 ) și amplificatoare operaționale . În circuitele de joasă tensiune, bandgaps-urile sunt indispensabile: spre deosebire de diodele Zener, bandgaps-urile „obișnuite” sunt operaționale la tensiuni de alimentare de +2 V, iar subbandgaps - la tensiuni de +1,0 V.

ION de cipuri de memorie bazate pe tranzistori MIS complementari

Un cip de memorie modern conține un întreg set de surse încorporate și stabilizatori (regulatori) ai tensiunii de referință. Majoritatea cipurilor de memorie funcționează la o tensiune de alimentare redusă, stabilită de ION încorporat și stabilizată de un stabilizator puternic. Scăderea tensiunilor de alimentare este necesară, în primul rând, pentru a evita defectarea tranzistoarelor fabricate folosind tehnologii submicronice. A doua zonă de aplicare a ION este setarea tensiunii de prag pentru amplificatoarele de citire diferențială utilizate în circuitele integrate de memorie cu o capacitate mai mare de 1 Mbit [59] .

În ION-urile simple construite folosind tehnologia CMOS fără utilizarea elementelor bipolare sensibile termic, tensiunea de ieșire este setată proporțional cu tensiunea de prag a tranzistorului cu canal p V TP [60] . În cipurile de memorie, acest parametru este de aproximativ -0,4 V fără a ține cont de acțiunea substratului. Într-adevăr, ținând cont de tensiunea sursă-substrat, V TP poate fi de două ori mai mare [61] . Tranzistorul T1 funcționează la un curent canal scăzut, astfel încât tensiunea sursă-poartă este aproximativ egală cu pragul și aceeași tensiune scade între rezistorul R1 și poarta T5. T5 oglindește curentul care trece prin T1, deci tensiunea de ieșire luată de la R2 este

[59]

Primele mostre de astfel de dispozitive, dezvoltate la începutul anilor 1990, au avut o instabilitate a tensiunii de alimentare de aproximativ 1% (10 mV/V) și un TCH de 0,15 mV/°C [59] .

Ioni de precizie

ION pe diode zener cu structură ascunsă

Curentul de defalcare al unei diode zener planare convenționale este concentrat în stratul apropiat de suprafață de siliciu - în stratul cu concentrația maximă de defecte și impurități ale rețelei. Aceste impurități și defecte sunt cele care cauzează instabilitatea și zgomotul diodei zener. Performanța sa poate fi îmbunătățită prin antrenarea curentului de defalcare adânc în cristal, în structura ascunsă a joncțiunii pn cu o tensiune de rupere mai mică decât în ​​stratul apropiat de suprafață [62] . În tehnologia epitaxială clasică, conform căreia a fost realizat LM199, în locul viitoarei diode zener se formează o insulă adâncă de conductivitate de tip p + și apoi difuzia obișnuită a bazei (p - ) și emițătorului (n + ). ) straturi se realizează [62] . Emițătorul structurii diodei create devine catodul diodei zener, baza devine anodul. În stratul apropiat de suprafață, această tranziție are un profil de conductivitate n + -p - , iar în partea de jos a regiunii de bază - n + -p + [63] . O joncțiune n + -p + puternic dopată are o tensiune de rupere mai mică decât în ​​stratul n + -p - - aproape de suprafață , astfel încât întregul curent invers al diodei zener se află exact în partea de jos a regiunii de bază [64] .

Referințele Zener clasice cu strat îngropat (LM199, LTZ1000) au o topologie concentrică caracteristică. O diodă zener este situată în centrul cristalului, tranzistoarele sunt direct adiacente acesteia - senzori de temperatură și o bobină de încălzire este „așezată” în jurul lor, realizată de asemenea folosind tehnologia plană. Astfel de circuite integrate au valori scăzute record ale TKN (LM199 - 0,3 ppm/°C, LTZ1000 - 0,05 ppm/°C [36] ), zgomot (LTZ1000 - 1,2 μV p-p [36] ) și deriva pe termen lung ( LTZ1000 - 2 μV / 1000 h [36] ) la valori mari, în câteva procente, ale împrăștierii inițiale a tensiunii (LTZ1000 - de la 6,9 la 7,45 V) și instabilitate mare a curentului (LM199 - 0,5 mV / mA [ 65] , LTZ1000 - 20 mV/mA ​​​​[36] ). Indicatorii declarați se realizează numai cu controlul atent al temperaturii și ecranarea circuitului și stabilizarea rigidă a curentului diodei zener.

ION pe perechi diferențiale de tranzistoare cu efect de câmp (XFET)

În 1997 , Analog Devices a lansat prima generație de ION-uri integrate sub numele de marcă XFET ( English  Extra Implant FET  - „ field effect transistor with additional gate implantation ”) [66] . Schema de circuit a miezului acestui ION seamănă cu circuitul bandgap-ului Brokaw cu un amplificator operațional, dar principiul de funcționare al XFET este complet diferit [66] . Elementul XFET CTAT este format din doi adepți sursă pe tranzistoare cu canal p cu o joncțiune pn [66] . Unul dintre cei doi tranzistori este convențional, iar oa doua poartă suplimentară este implantată în canalul celui de-al doilea tranzistor [66] . Sursele de curent activ și un amplificator operațional care controlează tensiunile de poartă ale tranzistoarelor stabilesc curenți egali și tensiuni drain-sursă egale pentru ambele tranzistoare [67] . Egalitatea curenților și tensiunilor este posibilă numai atunci când tensiunile poartă-sursă ale celor două tranzistoare V SI1 și V SI2 diferă cu ΔV 12 , care este de aproximativ 0,5 V [67] . Coeficientul de temperatură ΔV 12 , aproximativ −120 ppm/°C, este determinat de constanta dielectrică a siliciului din canalul suplimentar al celui de-al doilea tranzistor și este practic independent de temperatură [67] . O tensiune stabilă V REF este formată prin adăugarea tensiunii CTAT ΔV SI cu scăderea curentului PTAT peste rezistorul de referință R1, iar reglarea fină a TKN este efectuată prin trim laser R1:

[67] .

XFET-urile depășesc cele mai bune bandgaps de precizie și ION-uri pe CCC în toate privințele, cu excepția celor două principale: toleranța inițială și TKN [68] . O tensiune de referință tipică XFET TCR din seria „A” nu este mai mare de 3 ppm / ° C, toleranța inițială a V REF  nu este mai mare de 0,05% (500 ppm), este posibil să se ajusteze V REF cu rezistențe externe de precizie [ 69] . TCI scăzut și constant al elementului XFET STAT (de 20–30 de ori mai mic decât TCI-ul unei joncțiuni pn într-o bandgap) face posibil să se facă fără scheme de corecție pentru neliniaritatea caracteristicii de temperatură [70] . Consumul de curent al XFET IC nu depășește 1 μA, iar nivelul de zgomot, datorită utilizării tranzistoarelor cu efect de câmp, este semnificativ mai mic decât cel al benzii interzise și al ION-urilor de pe CCC. Oscilația tipică a zgomotului de joasă frecvență (0,1-10 Hz) este de 4 mV vârf la vârf [70] . Circuitele integrate XFET sunt proiectate pentru funcționarea în intervalul de temperatură auto (-40 ... +125 ppm / ° C), nu sunt foarte susceptibile la histerezis de temperatură și sunt ieftine [68] . Potrivit lui Linden Harrison, XFET este cea mai bună alegere pentru sistemele cu tensiuni de alimentare de la 4,1 la 18 V, cu excepția celei mai exigente acuratețe a tensiunii de referință [71] .

Floating Gate Tranzistor ION (FGA)

În 1967, Shi Min (al cărui nume de familie a fost transcris greșit ca „Zi” în rusă) și Kang Daewon au propus conceptul unui tranzistor cu efect de câmp cu poartă flotantă  - o celulă unitară de memorie nevolatilă [72] . În 1971, Intel a brevetat tehnologia inventată de Dove Froman pentru producerea practică a unor astfel de celule pentru memoria EPROM , în 1978 și 1980 au fost inventate EEPROM și memoria flash bazată pe același principiu [72] . În 1979, Xicor a brevetat primele structuri de tranzistori cu poartă flotantă concepute pentru a stoca semnale analogice, nu cod binar. Beneficiul acestei abordări părea evident: pentru a stoca un eșantion analogic, de exemplu, un semnal audio, este suficientă o celulă de memorie, pentru a stoca un sunet digitizat, sunt necesare 8, 10, 12 sau mai multe celule [72] . În anii 1990, companiile Impinj și Nuvoton au continuat linia de dezvoltare „sunet”, iar Xicor s-a concentrat pe crearea de ION-uri de precizie bazate pe „memorie analogică” [72] . Dezvoltatorii Xicor au abandonat ideea atractivă de a realiza o miniatură de memorie analogică, comparabilă ca dimensiune cu celulele logice: experiența concurenților din Impinj a arătat inutilitatea unei astfel de abordări [72] . În schimb, ION-urile dezvoltate pe Xicor folosesc porți plutitoare extinse: cu cât aria porții este mai mare, cu atât este mai ușor să controlezi sarcina scrisă pe poartă și să se determine tensiunea de ieșire a ION-ului [72] . Primele circuite integrate de acest tip produse în serie au fost lansate în 2003 sub numele de marcă FGA ( ing.  Floating Gate Analog , „IC analogic pe porți plutitoare”), iar un an mai târziu, dezvoltarea tehnologiei FGA a fost continuată de Intersil, care Xicor absorbit [72] [73] .

Produse în serie în 2012, ION-urile de tip FGA sunt programate pentru tensiuni de referință de la 1 la 5 V [23] . Toleranța inițială a tensiunii de referință FGA de 0,01% (100 ppm) este cea mai mică dintre toate referințele integrate. Cele mai bune probe prezentate în 2012 nu depășesc 3 ppm/°C [ 23 ] . FGA, ca și XFET-urile, diferă favorabil de bandgap-urile și CCC-urile cu diode zener prin forma lor monotonă, aproape liniară a caracteristicii temperaturii [74] . Curentul de alimentare la repaus nu depășește 1 μA. Curentul normal de scurgere de sarcină de la o poartă izolată este de câțiva electroni pe secundă, oferind FGA o garanție de zece ani [72] [75] . Potrivit lui Linden Harrison, XFET este cea mai bună alegere pentru sistemele analog-digitale cu tensiuni de alimentare de la 5,1 la 9 V și rezoluție de până la 24 de biți [74] .

Circuitele integrate FGA sunt proiectate pentru a funcționa în intervale extinse de temperatură comerciale (-40...+85°C) și auto (-40...+125°C). Potrivit NASA , circuitele integrate FGA mențin performanța pașapoartelor la temperaturi scăzute până la -195 °C [76] . Cu toate acestea, FGA-urile sunt mai susceptibile la radiațiile ionizante decât alți ION [77] . Sub expunerea la raze X , care este tipică pentru detectoarele industriale de defecte și sistemele de securitate aeroportuare , tensiunea ION scade cu o rată de aproximativ 12 ppm/ mrem [78] (inspecția bagajelor la aeroporturile din SUA atinge o doză de 2 rem [79] ) . FGA ar trebui să fie protejat de radiații cu scuturi metalice: două straturi de folie de cupru, utilizate în plăcile de circuite imprimate tipice, reduc expunerea la radiații cu un factor de 8 [80] . O protecție și mai eficientă este folia de zinc cu o grosime de 0,25 mm sau mai mult [81] .

Caracteristici ale proiectării și funcționării circuitelor pe ION

Reglaj fin

Dacă dispozitivul proiectat necesită o precizie absolută a setarii tensiunii, ceea ce este de neatins în ION-urile integrale în serie, atunci proiectul include posibilitatea reglajului fin [82] . Microcircuitele care permit o astfel de reglare au o intrare suplimentară de control și sunt proiectate pentru funcționarea împreună cu un potențiometru de precizie care închide bucla de feedback de tensiune [83] . Pentru a preveni ca instabilitatea potențiometrului să degradeze performanța ION, este logic să folosiți fie potențiometre de precizie cu folie metalică cu un coeficient de rezistență la temperatură (TCR) de aproximativ ±10 ppm/°C, fie cele cu fir cu un TCR. de aproximativ ±50 ppm/°C [83] . Potențiometrele digitale din astfel de circuite sunt nepotrivite din cauza TCR-ului ridicat (de la 500 ppm/°C) și a treptei mari de reglare în trepte (aproximativ 20 mV) [83] . Se recomandă efectuarea de reglaje de cel puțin două ori: înainte și după antrenamentul termic electric al plăcii de circuit imprimat asamblat [84] .

Tensiunea la ieșirea ION poate fi, de asemenea, ajustată folosind amplificatoare de scalare externe bazate pe amplificatoare operaționale de precizie, cu zgomot redus [84] . Literatura descrie scheme pentru corectarea atât a tensiunii absolute la ieșirea ION, cât și pentru neutralizarea TKN-ului acesteia [85] .

Derivare de intrare și ieșire AC

Ionii de precizie sunt de obicei alimentați de o tensiune deja stabilizată și filtrată. Cu toate acestea, chiar și în astfel de condiții, performanța majorității ION-urilor poate fi îmbunătățită prin derivarea intrărilor și ieșirilor lor la masă cu condensatori [86] .

Producătorii nu specifică capacitatea condensatorului de intrare. În mod implicit, un condensator electrolitic de 10 µF și un condensator ceramic cu disc de 0,1 µF pot fi utilizate în paralel [87] . Capacitatea condensatorului de ieșire afectează direct stabilitatea buclei de feedback, care este acoperită de ION și, prin urmare, producătorii o normalizează de obicei [87] . Pentru unele microcircuite nu este recomandată o capacitate de ieșire, pentru altele, dimpotrivă, este necesară o capacitate de ieșire de 1 până la 10 microfarad [87] . Depășirea capacității admisibile poate genera autoexcitarea ION sau o creștere a nivelului de zgomot [88] .

Filtrarea zgomotului ION

Cea mai ușoară modalitate de a reduce zgomotul tensiunii de referință este filtrarea acestuia după frecvență, care suprimă componentele de înaltă frecvență ale zgomotului. Există ION-uri de precizie, pe cristalul cărora sunt deja formate rezistențele filtrului trece-jos RC  - trebuie doar să conectați un condensator extern la bornele speciale ale unui astfel de microcircuit . Toate celelalte ION-uri ar trebui să utilizeze un filtru trece-jos pasiv sau activ cu drepturi depline , conectat la ieșirea tensiunii de referință [89] .

Producătorii nu sunt de acord cu privire la posibilitatea de a conecta un filtru direct la ieșirea ION. Unii recomandă conectarea directă a filtrelor, alții o interzic. Potrivit celui de-al doilea grup de experți, zgomotul combinat, deriva pe termen lung și instabilitatea circuitelor RC ale filtrului și a etapei amplificatorului de intrare la ieșirea filtrului pot degrada nu numai precizia, ci și zgomotul „îmbunătățit” circuit. Pentru a preveni acest lucru, ar trebui conectat un amplificator tampon de precizie, cu zgomot redus, între ieșirea ION și intrarea filtrului [90] .

O modalitate costisitoare, dar eficientă de a reduce zgomotul referinței este aceea de a pune în paralel referințe multiple la o sarcină comună prin aceleași rezistențe de egalizare. Nivelul absolut de zgomot al unei astfel de baterii ION scade invers proporțional cu rădăcina pătrată a numărului de microcircuite paralele [44] .

Protecție împotriva solicitărilor mecanice

Tensiunile mecanice ale plăcii de circuit imprimat care apar în timpul instalării sale și în timpul funcționării ulterioare a dispozitivului sunt transferate inevitabil în carcasa microcircuitului și în continuare cristalului ION și afectează tensiunea de ieșire a acestuia. Microcircuitele din pachetele metalice nu sunt foarte susceptibile la stres mecanic, dar toți ceilalți ION-uri - atât în ​​pachetele DIP, cât și în pachetele cu montare pe suprafață, reacţionează chiar și la torsiune sau îndoire ușoară a plăcii [91] . Pentru a preveni transferarea tensiunilor mecanice ale plăcii către cristalul ION, microcircuitul trebuie instalat pe o „limbă” separată de restul plăcii printr-o tăietură transversală. Literatura descrie măsurători instrumentale ale unei plăci cu referință de precizie LT1460: pentru fiecare îndoire moderată a plăcii, deplasarea de tensiune a fost de aproximativ 60 ppm pe o placă obișnuită și doar 10 ppm pe o placă cu o tăietură [92] . Ajutor, dar nu atât de eficient, și mijloacele obișnuite de reducere a deformărilor: utilizarea de rafturi flexibile, reducerea dimensiunii plăcii, alegerea unui textolit mai gros, plasarea ION mai aproape de marginea scurtă a plăcii. La plăcile cu limbi, chipul trebuie să fie orientat cu partea lungă de-a lungul limbii, pe plăcile convenționale - cu latura lungă de-a lungul laturii scurte a plăcii [92] .

Note

  1. ↑ Harrison, 2005 , p. unu.
  2. ↑ 12 Harrison , 2005 , p. 321.
  3. ↑ Harrison, 2005 , pp. 1, 321.
  4. ↑ Harrison, 2005 , pp. 1, 321, 322.
  5. ↑ Katsnelson, B. V. și colab.. Dispozitive electronice și de descărcare în gaz electrovacuum. Director. - Ed. a II-a - M . : Radio şi comunicare, 1985. - S. 478-490.
  6. ↑ Harrison, 2005 , p. 1, 322.
  7. ↑ 1 2 3 4 5 Harrison, 2005 , p. 2.
  8. ↑ 1 2 3 4 Averbukh, V. Surse de tensiune de referință de precizie  // Dodeka. - 2000. Arhivat 4 martie 2016.
  9. ↑ 1 2 Tang, W. și colab. Un standard de tensiune Josephson practic la un volt // Un secol de excelență în măsurători, standarde și tehnologie . - Institutul Național de Standarde și Tehnologie , 1988. - P. 315-318. — (Publicația specială NIST).
  10. ↑ 12 Harrison , 2005 , p. 5.
  11. ↑ Harrison, 2005 , pp. 2, 5.
  12. ↑ Harrison, 2005 , pp. 7, 415-418.
  13. ↑ Microcircuite pentru surse de alimentare liniare și aplicarea lor, 1998 , p. 229.
  14. ↑ 12 Harrison , 2005 , p. 7, 323.
  15. ↑ Harrison, 2005 , p. 420.
  16. ↑ 12 Fluke Corporation . O abordare practică pentru menținerea standardelor de referință DC // Fluke Corporation . - 2000. - P. 6.
  17. ↑ xDevs.com | xDevs.com KX LTZ1000 proiectare de referință pentru tensiune CC . Consultat la 15 aprilie 2019. Arhivat din original pe 9 aprilie 2019.
  18. ↑ Harrison, 2005 , p. 6.
  19. ↑ 12 Harrison , 2005 , p. zece.
  20. ↑ Harrison, 2005 , p. 9.
  21. ↑ Harrison, 2005 , pp. 10, 422.
  22. ↑ 1 2 3 4 Harrison, 2005 , p. unsprezece.
  23. ↑ 1 2 3 Convertoare de date > Referințe de tensiune > Referințe de tensiune. ParametricSearch . Intersil. Consultat la 7 noiembrie 2012. Arhivat din original pe 8 ianuarie 2013.
  24. ↑ Harrison, 2005 , pp. 361, 362, 429, 451.
  25. ↑ Whelan, 2009 , p. paisprezece.
  26. ↑ Cerințele speciale „industriei” pentru proiectanții de surse de alimentare cu comutație sunt discutate, de exemplu, în Sandler, S. Are We Focused On The Wrong Reference Parameters?  // Tehnologia electronică de putere. - 2012. - Nr 31 ianuarie 2012 .
  27. ↑ 1 2 GOST 19480-89, 2005 , definiția 124.
  28. ↑ 1 2 3 GOST R 52907-2008, 2008 , definiția 27.
  29. ↑ Harrison, 2005 , pp. 326, 327, 332.
  30. ↑ 1 2 3 Harrison, 2005 , p. 326.
  31. ↑ GOST 19480-89, 2005 , definiția 107.
  32. ↑ 12 Harrison , 2005 , p. 328.
  33. ↑ 1 2 3 4 Whelan, 2009 , p. cincisprezece.
  34. ↑ 12 Harrison , 2005 , p. 327.
  35. ↑ VRE3050: Referință de precizie la costuri reduse . Thaler Corporation (2000-07-01). Consultat la 1 noiembrie 2012. Arhivat din original pe 26 noiembrie 2012. . În 2012, produs de Apex Microtechnology, care s-a desprins din Cirrus Logic și a moștenit linia ION Thaler
  36. ↑ 1 2 3 4 5 LTZ1000/LTZ1000A: Referință Ultra Precision . Tehnologia liniară (1987). Consultat la 1 noiembrie 2012. Arhivat din original pe 26 noiembrie 2012.
  37. ↑ Referință de precizie LM199/LM299/LM399 . National Semiconductor, Texas Instruments (2005). Data accesului: 16 noiembrie 2011. Arhivat din original la 8 ianuarie 2013.
  38. ↑ Sandler, S. Ne concentrăm pe parametrii de referință greșiți?  // Tehnologia electronică de putere. - 2012. - Nr 31 ianuarie 2012 .
  39. ↑ GOST 19480-89, 2005 , definiția 77.
  40. ↑ 1 2 3 4 Harrison, 2005 , p. 333.
  41. ↑ 1 2 3 Harrison, 2005 , p. 332.
  42. ↑ 1 2 LTC6655: 0,25 ppm Zgomot, Familie de referință tamponată cu precizie cu derive scăzută . Tehnologia liniară (2009). Consultat la 1 noiembrie 2012. Arhivat din original la 30 ianuarie 2013.
  43. ↑ ISL21009: Precizie de intrare de înaltă tensiune, referințe de tensiune FGA™ cu zgomot redus . Intersil (16-09-2009). Consultat la 1 noiembrie 2011. Arhivat din original pe 8 ianuarie 2013.
  44. ↑ 1 2 Pease, Bob. Ce înseamnă toate chestiile astea de stabilitate pe termen lung, oricum?  // Design electronic. - 2010. - Nr 20 iulie 2010 .
  45. ↑ Pease, 2001 , p. 206.
  46. ↑ 1 2 3 Wright, J. Don't Be Fooled By Voltage Reference Long-Term Drift and Hysteresis  // Linear Technology Design Note. - 2000. - Nr DN-229 .
  47. ↑ Harrison, 2005 , pp. 334, 335.
  48. ↑ Pease, 2001 , p. 209.
  49. ↑ Harrison, 2005 , p. 334.
  50. ↑ Pease, 2001 , p. 196: „de la vârf la vârf al componentei de zgomot poate fi de până la 0,1 sau 0,05 LSB”.
  51. ↑ Harrison, 2005 , p. 334, fila. 12.3.
  52. ↑ 1 2 3 Harrison, 2005 , p. 335.
  53. ↑ 1 2 Familia de referință de tensiune din seria Micropower Precision Low Dropout LT1461 . Tehnologia liniară (2000). Consultat la 1 noiembrie 2012. Arhivat din original pe 8 ianuarie 2013.
  54. ↑ Camenzind, 2005 , p. 7-6.
  55. ↑ ADR420/ADR421/ADR423/ADR425: Ultraprecizie, zgomot redus, 2.048V/2.500V/3.00V/5.00V Referințe de tensiune XFET® . Analog Devices (2001-2011). Consultat la 1 noiembrie 2012. Arhivat din original pe 8 ianuarie 2013. . Date seria ADR425B
  56. ↑ Există selecții alternative care, totuși, nu acoperă întreaga gamă de topologii, de exemplu, Davis, S. A Look At Voltage Reference ICs  // Power Electronics Technology. - 2011. - № 1 septembrie 2011 .
  57. ↑ Camenzind, 2005 , pp. 7-5, 7-7, 7-9. Valorile date sunt pentru intervalul de temperatură 0…+100 °C.
  58. ↑ Camenzind, 2005 , pp. 7-12. Valorile date sunt pentru intervalul de temperatură 0…+100 °C.
  59. ↑ 1 2 3 Rabai, 2007 , p. 824.
  60. ↑ Rabai, 2007 , p. 829, 830.
  61. ↑ Rabai, 2007 , p. 131, 132.
  62. ↑ 1 2 Mitchell, 1999 , p. zece.
  63. ↑ Mitchell, 1999 , p. unsprezece.
  64. ↑ Mitchell, 1999 , pp. 10-11.
  65. ↑ Microcircuite pentru surse de alimentare liniare și aplicarea lor, 1998 , p. 230.
  66. ↑ 1 2 3 4 Harrison, 2005 , p. 421.
  67. ↑ 1 2 3 4 Harrison, 2005 , p. 422.
  68. ↑ 12 Harrison , 2005 , pp. 423-424.
  69. ↑ Harrison, 2005 , pp. 422-423.
  70. ↑ 12 Harrison , 2005 , p. 423.
  71. ↑ Harrison, 2005 , p. 424.
  72. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Rako, P. Tehnologia analogică cu porți plutitoare devine proprie . Rețeaua EDN (2009-12-15). Arhivat din original pe 8 ianuarie 2013.
  73. ↑ Harrison, 2005 , pp. 424-425.
  74. ↑ 1 2 3 Harrison, 2005 , p. 426.
  75. ↑ Harrison, 2005 , p. 425.
  76. ↑ Patterson, R.; Hammoud, A. Performance of Precision Floating Gate Analog Voltage References at Cryogenic Temperatures  // NASA Electronic Parts and Packaging. - 2005. - Nr Decembrie 2005 .
  77. ↑ Intersil, 2010 , p. unu.
  78. ↑ Intersil, 2010 , p. 2: 12 ppm/mrem = 60 µV/mrem pentru o referință de 5 volți.
  79. ↑ Intersil, 2010 , pp. 16.
  80. ↑ Intersil, 2010 , p. 3.
  81. ↑ Intersil, 2010 , p. 6: scutul de zinc gros de 0,25 mm este echivalent cu o placă de aluminiu de 10 mm grosime.
  82. ↑ Harrison, 2005 , p. 346.
  83. ↑ 1 2 3 Harrison, 2005 , p. 348.
  84. ↑ 12 Harrison , 2005 , p. 349.
  85. ↑ Harrison, 2005 , pp. 350-354.
  86. ↑ Harrison, 2005 , pp. 339, 341.
  87. ↑ 1 2 3 Harrison, 2005 , p. 340.
  88. ↑ Harrison, 2005 , pp. 340, 341.
  89. ↑ Harrison, 2005 , p. 341.
  90. ↑ Harrison, 2005 , p. 342.
  91. ↑ Mitchell, 1999 , p. 6.
  92. ↑ 1 2 Mitchell, 1999 , p. 7.

Surse

  • GOST 19480-89. Microcircuite integrate. Termeni, definiții și denumiri de litere ale parametrilor electrici. - M. : Editura IPK Standards, 2005.
  • GOST R 52907-2008. Surse de alimentare cu energie a echipamentelor radio-electronice. Termeni și definiții. — M. : Standartinform, 2008.
  • Zee, S. M. Fizica dispozitivelor semiconductoare. - M . : Mir, 1984. - T. 1. - 456 p. - 16.000 de exemplare.
  • Johnson, G., Graham, M. Proiectarea dispozitivelor digitale de mare viteză: un curs introductiv în magia neagră. - M. : Williams, 2006. - 624 p. — ISBN 5845908078 .
  • Microcircuite pentru surse de alimentare liniare și aplicarea acestora. - Ed. a II-a - M . : Dodeka, 1998. - ISBN 5878350211 .
  • Pease, R. Electronica practică a dispozitivelor analogice. - M. : DMK-Press, 2001. - ISBN 5940740049 .
  • Rabai, J. M. et al. Circuite integrate digitale. Metodologia de proiectare. - Ed. a II-a - M . : Williams, 2007. - 912 p. — ISBN 9785845911162 .
  • Shitikov, A. Selectarea sursei de tensiune de referință  // Componente electronice. - 2002. - Nr. 3 . Arhivat din original pe 9 martie 2016.
  • Camenzind, H. Proiectarea circuitelor analogice . - Editura Virtualbookworm, 2005. - 244 p. — ISBN 9781589397187 . Arhivatpe 10 martie 2018 laWayback Machine
  • Harrison, L. Surse de curent și referințe de tensiune. - Newnes, 2005. - 569 p. — (Electronică și electrică). — ISBN 9780750677523 .
  • Lojek, B. Istoria ingineriei semiconductoarelor. - Springer, 2007. - 387 p. — ISBN 9783540342571 .
  • Mitchell, L. Înțelegerea și aplicarea referințelor de tensiune  // Linear Technology . - 1999. - Nr. Notă de aplicare 82 .
  • Nasraty, R. Referințe XFET™  // Dialog analogic. - 1998. - T. 32 , nr 1 .
  • Intersil Corporation. Efectele razelor X asupra referințelor Intersil FGA  // Note de aplicare a Intersil. - 2010. - Nr AN-1533 . - P. 1-6.
  • Intersil Corporation. Notă de aplicare și proiectare de referință de tensiune  // Note de aplicare Intersil. - 2005. - Nr AN-177.0 . - P. 1-33.
  • Whelan, B. Cum să alegeți o referință de tensiune  // Linear Technology Magazine. - 2009. - Nr. martie 2009 . - P. 14-19.
  • Rako, P. Referințele de tensiune sunt constante  // EDN Europe. - 2010. - Nr. 01 Decembrie .