XFET ™ הפניות

על מנת שאות אנלוגי ייצג (או ייוצג על ידי) מספר דיגיטלי, יש צורך בהתייחסות, בדרך כלל מתח, כדי לתרגם את הסולם. לפיכך, ממיר A/D מייצר מספר דיגיטלי פרופורציונלי ליחס בין אות אנלוגי למתח ייחוס; וממיר D/A מייצר פלט שהוא חלק מהמתח או הזרם בקנה מידה מלא, שנקבע על ידי הפניה. אם אות ההתייחסות יפתח שגיאה של +1%, הוא יגרום לשגיאת מערכת פרופורציונלית: הפלט האנלוגי של DAC יגדל ב -1%, והפלט הדיגיטלי של ADC יפחת ב -1%. במערכות שבהן נדרשות מדידות מוחלטות, דיוק המערכת תלוי מאוד בדיוק של ההפניה. במערכות רכישת נתונים ברזולוציה גבוהה, במיוחד אלו שצריכות לפעול בטווח טמפרטורות רחב, הפניות ביציבות גבוהה הן חובה. הדיוק של כל ממיר מוגבל ברגישות הטמפרטורה והסחף לטווח ארוך של התייחסות המתח שלו. אם מותר להתייחסות המתח לתרום שגיאה שווה ערך ל-1/2 של סיביות פחות משמעותית (1 LSB = 2-n בקנה מידה מלא), זה עשוי להיות מפתיע לראות עד כמה טוב ההפניה חייבת להיות, אפילו עבור טיולי טמפרטורה קטנים. וכאשר שינויי הטמפרטורה גדולים, עיצוב ההתייחסות מהווה בעיה גדולה. לדוגמה, ממיר A/D אמיתי של 16 סיביות אוטומטי מכויל יש LSB של 15.2 חלקים למיליון (עמודים לדקה) בקנה מידה מלא. כדי שה-ADC יהיה דיוק מוחלט של 16 סיביות, שגיאת הפניה למתח בכל טווח טמפרטורת ההפעלה חייבת להיות קטנה או שווה ל-1/2 LSB, או 7.6 ppm. אם סחף הייחוס הוא 1 ppm/°C, אז (בהתעלמות מכל מקורות השגיאה האחרים) תנודת הטמפרטורה הכוללת לא תעלה על 7.6°C כדי לשמור על דיוק אמיתי של 16 סיביות. מקורות שגיאה נוספים, שלעתים קרובות מתעלמים מהם, הם רעש התייחסות; שמירה על נמוך (בדרך כלל פחות מ- 1/4 LSB) היא קריטית לדיוק גבוה. אי-ליניאריות של מקדם הטמפרטורה של הייחוס והיסטרזיס תרמי גדול הם מקורות שגיאה נוספים שיכולים להשפיע באופן משמעותי על דיוק המערכת הכולל. סוגי הפניות דיודות זנר*: בשימוש נרחב במשך שנים רבות היא דיודת הזנר עם פיצוי על טמפרטורה, המיוצרת על ידי התמוטטות הפוכה של צומת הבסיס-פולט על פני המכשיר. לזנרים יש ירידת מתח קבועה, במיוחד בשימוש במעגל שיכול לספק זרם קבוע הנגזר ממתח אספקה ​​גבוה יותר. זנרים זמינים במגוון רחב של אפשרויות מתח: מכ-6 וולט עד 200 וולט, סובלנות של 1.0% עד 20% ופיזור הספק משבריר וואט עד 40 או 50 וואט. עם זאת יש להם חסרונות רבים. לעתים קרובות הם דורשים מעגלים נוספים כדי להשיג עכבת מוצא נמוכה, סובלנות המתח של מכשירים בעלות נמוכה היא בדרך כלל גרועה; הם רועשים ורגישים מאוד לשינויים בזרם ובטמפרטורה, והם רגישים לשינוי עם הזמן. הזנר הקבור או התת -קרקעי הוא מקור ההפניה המועדף על התקני IC מדויקים. בהתייחסות לזנר מתחת לפני השטח, אזור ההתמוטטות ההפוכה מכוסה בדיפוזיה מגנה כדי לשמור אותו הרבה מתחת לזיהומים, לחצים מכניים וחסרונות קריסטל המצויים על פני השטח. מכיוון שהשפעות אלו תורמות לרעש ולאי יציבות לטווח ארוך, דיודת הפירוק הקבורה פחות רועשת ויציבה יותר מזונרים משטחים. עם זאת, הוא דורש אספקת חשמל של לפחות 6 וולט וחייב למשוך כמה מאות מיקרואמפר כדי לשמור על הרעש ברמה מעשית. *הערה: דיודות ייחוס יכולות להשתמש בשני סוגים של תופעות התמוטטות, זנר ומפולת. רוב דיודות הייחוס משתמשות במצב מפולת במתח גבוה יותר, אך כולן נקראו דיודות "זנר". פערי פס: טכניקת עיצוב פופולרית נוספת להפניות מתח משתמשת בעקרון פסי הפס: ה Vbe של כל טרנזיסטור סיליקון יש טמפקו שלילי של כ -2 mV/° C, שניתן להחיש אותו לכ- 1.2V באפס מוחלט (מתח הפס של הסיליקון) . ההבדל במתח פולט הבסיס בין טרנזיסטורים תואמים הפועלים בצפיפות זרם שונה יהיה פרופורציונלי לטמפרטורה מוחלטת (PTAT). מתח זה, המתווסף ל- Vbe עם מקדם הטמפרטורה השלילי, ישיג את מתח פער הקבוע. ניתן להשתמש במתח משתנה טמפרטורה זה כ"דיודת זנר במתח נמוך" בחיבור shunt (AD1580). לעתים קרובות יותר, הוא מוגבר ומאוחסן כדי לייצר ערך מתח סטנדרטי, כגון 2.5 או 5 וולט. ההתייחסות למתח ה-band-gap הגיעה לדרגה גבוהה של עידון מאז הצגתו ונמצאת בשימוש נרחב; ובכל זאת היא חסרה את הדיוק שדורשות רבות מהמערכות האלקטרוניות של היום. הפניות מעשיות לרווח פס אינן מצוינות בביצועי רעש טובים, מפגינים היסטרזיס טמפרטורה ניכר, ויש להם יציבות ארוכת טווח התלויה בערך המוחלט של נגד אחד על השבב לפחות. עקרון חדש-ה- XFET ™: עם ריבוי מערכות המשתמשות במכשירי 5-V והצורך ההולך וגדל בהפעלה של מתחת ל 3 וולט, מעצבי ICs ומערכות זקוקים להפניות מתח בעלות ביצועים גבוהים שיכולים לפעול ממסילות אספקה ​​הרבה מתחת ה->6 V הדרושים לדיודות זנר קבורות. מכשיר כזה חייב לשלב פעולה בהספק נמוך עם רעש נמוך וסחיפה נמוכה. רצוי גם מקדם טמפרטורה ליניארי, יציבות טובה לטווח ארוך והיסטרזיס תרמי נמוך. כדי לענות על צרכים אלה, נוצרה ארכיטקטורת ייחוס חדשה כדי לספק התייחסות מתח רצויה זו. הטכניקה, המכונה XFET ™ (eXtra מושתל FET), מניבה הפניה לרעש נמוך הדורשת זרם אספקה ​​נמוך ומספקת לינאריות של מקדם הטמפרטורה עם היסטריה תרמית נמוכה. הליבה של ההתייחסות XFET מורכבת משני טרנזיסטורים עם אפקט שדה צומת, שלאחד מהם יש שתל ערוץ נוסף להעלאת מתח ה-pinch-off שלו. כאשר שני ה-JFET פועלים באותו זרם ניקוז, ההבדל במתח ה-pinch-off מוגבר ומשמש ליצירת התייחסות מתח יציבה ביותר. מתח הייחוס הפנימי הוא כ-500 mV, עם מקדם טמפרטורה שלילי של כ-120 ppm/K. השיפוע הזה ננעל בעצם בקבוע הדיאלקטרי של הסיליקון ומפוצה עליו מקרוב על ידי הוספת מונח תיקון שנוצר באותו אופן כמו המונח פרופורציונלי לטמפרטורה אבסולוטית (PTAT) המשמש לפיצוי הפניות לפער פס. עם זאת, מקדם הטמפרטורה הפנימי של ה-XFET נמוך בערך פי שלושים מזה של פער פס. כתוצאה מכך, יש צורך בהרבה פחות תיקונים. זה נוטה לגרום להרבה פחות רעש, מכיוון שרוב הרעש של התייחסות לפער פס מגיע ממעגלי פיצוי הטמפרטורה. מונח תיקון הטמפרטורה מסופק על ידי זרם, IPTAT, שהוא חיובי ופרופורציונלי לטמפרטורה מוחלטת (איור 1). האיור 1. דיאגרמה סכמטית פשוטה של ​​התייחסות ADR29x. סדרת ADR29x היא הראשונה מתוך משפחה הולכת וגדלה של הפניות המבוססות על ארכיטקטורת XFET. הם פועלים ממסילות אספקה ​​מ-2.7 עד 15 וולט ומשאבות רק 12 µA. אפשרויות מתח היציאה כוללות 2.048 וולט (ADR290), 2.5 וולט (ADR291), 4.096 וולט (ADR292) ו-5 וולט (ADR293). פירות הטכנולוגיה החדשה: לטופולוגיית מעגל ה-XFET יש יתרונות משמעותיים על פני רוב ההתייחסויות ל-bandgap וזנר. כאשר פועלים באותו זרם, מתח רעש שיא לשיא מהפניית XFET בתדרים שבין 0.1 ל-10 הרץ הוא בדרך כלל פחות פי 3 מזה של מרווח פס (ראה השוואה בין REF192 ל-ADR291). לחלופין, התייחסות לרווח פס צריך לפעול לפי 20 פעמים זרם האספקה ​​של התייחסות XFET על מנת לספק ביצועי רעש מקבילים לשיא לשיא (ADR291 לעומת. AD680). להתייחסות XFET יש מקדם טמפרטורה שטוח מאוד או ליניארי על פני טווח טמפרטורת ההפעלה התעשייתי המורחב. ההתייחסויות הטובות ביותר לרווח-הפס ולמתח הזנר הם בדרך כלל בעלי מקדמי טמפרטורה לא ליניאריים בקיצוניות הטמפרטורה. אי-לינאריות אלו אינן עקביות מחלק לחלק, כך שלא ניתן להשתמש בטבלת חיפוש פשוטה של ​​ROM/תוכנה לתיקון מקדם טמפרטורה. לינאריות מקדם הטמפרטורה היא מפרט חשוב מאוד ליישומי DVM. יתרון מרכזי נוסף של ה-XFET הוא היציבות המצוינת שלו לטווח ארוך. הסחף שלו הוא פחות מחמישית מזה של התייחסות לפער-רצועה וניתן להשוות לזה של הפניות לזנר (ראה טבלה). הטבלה 1. השוואה בין הפניות Zener, Bandgap ו- XFET פרמטר ADR291 AD586 AD680 REF192 Topology Reference XFET Burst Zener Bandgap אספקת מתח (V) +3.0 +15.0 +5.0 +3.3 פלט מתח (V) 2.5 5 2.5 2.5 דיוק ראשוני (mV)*מקסימום ± 2 ± 2 ± 5 ± 2 מקדם טמפרטורה (ppm/° C)* מקסימום 8 (-25 עד +85) 2 (0 עד +70) 20 (-40 עד +85) 5 (-40 עד +85) רעש מתח 0.1 עד 10 הרץ (µV pp) 8 4 10 25 זרם שקט (µA) מקסימלי, 25 ° C 12 3000 250 45 ויסות קווים (ppm/V)*, מקסימום 100 100 40 4 ויסות עומס (ppm/mA)* מקסימום 100 100 100 10 טווח טמפרטורות הפעלה (° C) -40 עד +125 -40 עד +85 -40 עד +85 -40 עד +85 *ציון עליון למרות הזרם השקט הנמוך, משפחת ADR29x מסוגלת לספק 5 mA עד העומס משלב פלט PNP נמוך-נשירה; ואין דרישה לקבל ניתוק פלט. היסטרזה תרמית עם עיצוב XFET הרבה יותר טובה מאשר עם פערי פס. התקני ייצור מציגים כ-200 µV של תזוזה ניתנת לשחזור ולא מצטברת כאשר הם נתונים לזעזוע תרמי של 100 קלווין לעומת. שינוי של 500 עד 1000-µV בפערי פס דומים. היתרון הכולל של הביצועים שמציעה ארכיטקטורת ה-XFET הקניינית של ADI במערכות ניידות הדורשות דיוק, יציבות והספק נמוך, אין כמותו בהתייחסויות ל-bandgap או Zener הקיימות. מקור זרם יישום: סדרת ADR29x שימושית עבור יישומי ייחוס דיוק במתח נמוך ומתח נמוך רבים, כולל הפניות שליליות ווסת דיוק "מוגברת" באמצעות מגברי מסילה-למסילה חיצוניים בעלי שקט נמוך עם חיבורי משוב קלווין. הזרם השקט הנמוך והלא רגיש (כ ​​-12 ± 2 µA מעל הטמפרטורה) מאפשר לבני משפחת ADR29x לשמש כמקורות זרם מדויקים, הפועלים ממתח אספקה ​​נמוך. איור 2 מציג חיבור בסיסי למקור זרם צף עם עומס מוארק. מתח המוצא המווסת במדויק גורם לזרם של (VOUT/RSET), לזרום דרך RSET, שהוא הסכום של התנגדות חיצונית קבועה ומתכווננת. זרם זה, <5 mA, מוסיף לזרם השקט כדי ליצור את זרם העומס דרך RL. לפיכך, ניתן לתכנת זרמים הניתנים לחיזוי מ-12 µA עד 5 mA כך שיזרמו דרך העומס. האיור 2.

השאר הודעה 

רשימת הודעות