Resumen: de analógico a digital (ADC) y convertidores de digital a analógico (DAC) necesitan una tensión de referencia estable para medir con precisión o generar señales analógicas. Esta nota de aplicación muestra cómo ajustar una referencia de tensión de tres terminales con una resistencia, un sumidero de corriente / fuente, y un amplificador de tampón para calibrar de forma dinámica la referencia, ajustar su valor de salida, o generar un valor ligeramente diferente.
ADCs y DACs debe tener una tensión de referencia estable para medir con precisión o generar señales analógicas.Dichas referencias ofrecen muchos niveles garantizados de precisión y estabilidad, pero su gran variedad de niveles de voltaje de salida es mucho menor, por lo general se especifica que los valores estándar, tales como 2.048V, 2.500V, o 4.096V.
A veces, sin embargo, es necesario para calibrar de forma dinámica la referencia, ajustar su valor de salida, o generar un valor ligeramente diferente. Cuando se mide un voltaje a través de un divisor resistivo, por ejemplo, se podría ajustar la tensión de referencia para compensar el error de ganancia en el divisor.
El circuito de la Figura 1 muestra cómo ajustar cualquier referencia de tensión de tres terminales mediante una resistencia, un sumidero de corriente / fuente, y un tampón amplificador . NPN o PNP corriente causa la caída de voltaje resultante a través de R1 a restar o añadir a la tensión nominal de salida de referencia V REF :
V OUT = V REF - I × R1.
Figura 1. Adición de una resistencia, fuente de corriente, y el tampón a un voltaje de referencia permite ajustar su salida.
El amplificador tampón aísla V OUT de la carga, por lo que la corriente que fluye sólo a través de R1 es que a partir de la fuente de corriente. Como se muestra en la Figura 2, esta idea se puede implementar con una tensión de referencia altamente estable ( MAX6126 ), un DAC actual ( DS4412 ), y un bajo desplazamiento amplificador operacional ( MAX9620 ).
Figura 2. La tensión de referencia MAX6126, el DAC DS4412 actual, y bajo MAX9620-offset amplificador operacional implementar la idea de la Figura 1.
Si elegimos R FS1 = 4.7kΩ, la corriente del CAD a gran escala es 0.981mA (ver el DS4412 hoja de datos). En combinación con R1 = 10Ω, este valor de corriente se obtiene un rango de ajuste de ± 0.981mA x = 10Ω ± 9.81mV, dividido en 31 pasos de 0.654mV cada uno.
Dependiendo del grado de rendimiento de esta referencia y su paquete, la precisión de la salida inicial puede ser tan alta como ± 0,02%. El DAC de salida de corriente de precisión es de sólo ± 6%, pero el margen de sintonía es pequeño, por lo que la tolerancia grande tiene sólo un efecto pequeño sobre el error de salida. La combinación de estos valores con una resistencia de 1% para R1 y el valor máximo del desplazamiento del amplificador operacional se obtiene una expresión para el máximo inicial de salida de voltaje de error:
Para una referencia 2.048V, este error es
CAD, donde representa el valor decimal del DAC de salida equivalente (-15 ≤ ≤ 15 CAD). Por lo tanto, el error máximo introducida por el DAC es 0.5969mV, dando un total de aproximadamente 1 mV cuando se combina con la precisión inicial de la tensión de referencia en sí.
Dado que el CAD tiene un operativo de temperatura entre -40 ° C a +85 ° C, se utiliza la especificación del voltaje de referencia de la deriva en ese mismo rango: ± 3 ppm / ° C. Maxim utiliza el método de casilla para especificar la variación de temperatura. (Vea la nota de aplicación 4300, " Cálculo del Presupuesto de error en la precisión de digital a analógico (DAC) de aplicaciones "para más detalles.) El máximo V REF deriva es por lo tanto,
125 ° C ± 3 ppm × / ° C x = 2.048V ± 0.768mV.
Deriva en el segundo término (I CAD × R1) es causada por la deriva en el CAD, la deriva de la I FS1 , y la deriva de R1.Deriva en el CAD se especifica sólo como un valor típico de ± 75 ppm / ° C. Suponemos ± 25 ppm / ° C para las resistencias. Estos valores producir una desviación típica de
Así, la deriva típica introducida por el DAC y las resistencias es aproximadamente ± 0.1mV, que es sustancialmente inferior a la deriva máxima de la tensión de referencia. El desplazamiento máximo de entrada del amplificador operacional sobre la temperatura se especifica en 25μV, que también es mucho menor que la deriva máxima de la tensión de referencia.
En un gráfico del voltaje de salida como una función del código CAD, barras de error indican la precisión inicial y deriva de temperatura ( Figura 3 ). Error aumenta ligeramente de los valores más altos del CAD, en su mayoría debido a la variación de la temperatura. Los valores medidos se registraron a temperatura ambiente y están muy cerca de los valores teóricos.
Figura 3. Este gráfico da la teórica (línea azul) y medido (barras rojas) la tensión de salida en función del código CAD. La salida de referencia nominal es 2.048V. Las barras de error muestran que la precisión cae ligeramente hacia los valores absolutos más altos de código CAD (barras de error para el medidor de voltaje se han omitido para mayor claridad).
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