Как вдвое уменьшить шум источника опорного напряжения

Снижение уровня низкочастотного (1/f) шума, генерируемого микросхемой источника опорного напряжения, может оказаться сложной задачей. Теоретически, уровень шума можно уменьшить добавлением к выходу опорного источника фильтра нижних частот. На практике RC-фильтр нижних частот для подавления шумовых компонент ниже 10 Гц требует больших номиналов последовательного сопротивления и параллельной емкости. К сожалению, последовательный резистор большого номинала вносит погрешности сопротивления и тепловой шум, а сопротивление утечки параллельного конденсатора образует непредсказуемую и нестабильную шунтирующую цепь. Вместе эти два элемента образуют шумный и температурно зависимый делитель напряжения, напрямую влияющий на точность и долговременную стабильность источника опорного напряжения. Кроме того, загрязнения поверхности печатной платы могут добавить еще один возможный путь утечки и источник ошибок.

Вебинар «Необычное в обычном. Сравнительный анализ современных решений Recom» (27.01.2022)

Несколько источников опорного напряжения можно включить последовательно, чтобы уменьшить их шум 1/f. Постоянные выходные напряжения опорных источников суммируются линейно, а их некоррелированные внутренние шумовые источники суммируются геометрически. Для примера рассмотрим стек из четырех микросхем, каждая из которых содержит источник постоянного опорного напряжения VREF и включенный последовательно генератор случайного шума VNOISE. Тогда, обозначив суммарное опорное напряжение и суммарное напряжение шумов как VREF_TOT и VNOISE_TOT, соответственно, получим: 

и 

Таким образом, исходное отношение напряжения шумов к постоянному опорному напряжению делится пополам.

Четыре ИОН 2.5 В IC1 - IC4 выдают напряжение 10 В. Резисторы R1 и R2 образуют делитель, который уменьшает выходное напряжение 10 В до 2.5 В и снижает напряжение выходного шума вдвое. Буферный усилитель IC5 изолирует схему ИОН от нагрузки.
Рисунок 1. Четыре ИОН 2.5 В IC1 – IC4 выдают напряжение 10 В. Резисторы R1 и Rобразуют делитель,
который уменьшает выходное напряжение 10 В до 2.5 В и снижает напряжение выходного шума
вдвое. Буферный усилитель ICизолирует схему ИОН от нагрузки.

Способ добавления нескольких источников опорного напряжения (ИОН) для получения одного опорного напряжения с меньшими шумами показан на Рисунке 1. R1 и R2 являются частью высокостабильной матрицы металлопленочных резисторов, а буферный усилитель IC5 имеет низкий уровень шума, низкое входное напряжение смещения и низкие температурные коэффициенты напряжения смещения.

Таблица 1. Напряжения шумов, измеренные в схеме на Рисунке 1 при
использовании четырех ИОН 2.5 В типа MAX6037.
Точки измерения Шум
(мкВ с.к.з.)
Шум
(мкВ пик-пик)
Выход со сниженным напряжением шумов 1 10
Выход IC1 (между выводами OUT и GND) 1.9 20
Выход IC2 (между выводами OUT и GND) 1.6 19
Выход IC3 (между выводами OUT и GND) 1.7 20
Выход IC4 (между выводами OUT и GND) 2.7 30

В Таблицах 1 и 2 представлены шумовые напряжения, возникающие в результате объединения четырех источников опорного напряжения 2.5 В двух типов. В каждой таблице показаны напряжения шумов, измеренных в полосе от 0.1 до 10 Гц для каждого из четырех ИОН от IC1 до IC4 и для их комбинации. Обратите внимание, что разброс отношений среднеквадратичных значений к пиковым значениям связан с субъективностью метода измерения. В дополнение к снижению шума в диапазоне от 0.1 до 10 Гц схема также уменьшает долговременный дрейф опорного напряжения.

Таблица 2. Напряжения шумов, измеренные в схеме на Рисунке 1 при
использовании четырех ИОН 2.5 В типа MAX6143.
Точки измерения Шум
(мкВ с.к.з.)
Шум
(мкВ пик-пик)
Выход со сниженным напряжением шумов 0.27 2.2
Выход IC1 (между выводами OUT и GND) 0.52 4.7
Выход IC2 (между выводами OUT и GND) 0.6 4.8
Выход IC3 (между выводами OUT и GND) 0.5 4.3
Выход IC4 (между выводами OUT и GND) 0.55 4.7
  1. Datasheet Maxim MAX6037
  2. Datasheet Maxim MAX6143
  3. Datasheet Maxim MAX4236A

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 60
сейчас смотрят 5
представлено поставщиков 1569
загружено
позиций
25 067 862