logo
Finnish English EstonianLatvian Lithuanian

FINTRONIC OY
Malmin kauppatie 8 A
00700 HELSINKI
Finland

fintronic(at)fintronic.fi
etunimi.sukunimi@fintronic.fi

Puh.(09) 2512 7770
Fax.(09) 879 7770

LT6657, uusi referenssijännitelähde ratkaisemaan mittaus- ja ohjausjärjestelmien ongelmia

Brendan Whelan, LTC

Linear LT6657 Modernit tiedonkeruujärjestelmät ja signaaligeneraattorit ovat monimutkaisia ja hienoja järjestelmiä. Vuosikymmenten kehitys integroiduissa piireissä ja sovelluksissa on parantanut ominaisuuksia ja suorituskykyä jatkuvasti. Uusien ratkaisujen pitää erottua aikaisemmista tarkkuuden, stabiilisuuden, kohinan, koon, tehonkulutuksen ja muiden vastaavien ominaisuuksien osalta. Suorituskykyisten analogia-digitaali- ja digitaali-analogiamuuntimien sekä referenssijännitelähteiden ominaisuudet ovat nykyään erittäin hyviä. Jännitelähteiden kohdalla valintaa joudutaan tekemään ominaisuuksien ja suorituskyvyn välillä.

Kuva 1 Perinteisesti tarkimmat ja stabiileimmat järjestelmät on suunniteltu zener-referenssien avulla (deep buried zener), kuten kuvassa 1. Pienen ryöminnän ja pienen kohinan yhdistelmä mahdollistaa järjestelmään suuren dynamiikan ja hyvän stabiilisuuden. Uusimpiin systeemeihin zenerillä toteutetut referenssi-jännitelähteet eivät ole enää kuitenkaan parhaita mahdollisia. Niiden käyttöjännitteen on oltava suuri, ja useimmat ovatkin optimoitu esimerkiksi yli 10 voltin käyttöjännitteelle, vakio kuormaimpedanssille ja ne vievät paljon tilaa ja tehoa. Uusissa laitteissa ne voivat olla vaikeita käyttää ja siksi uusia piirejä zenerarkkitehtuurilla ei paljoa suunnitella, tarvittaessa alle 5 voltin jännitettä, kuten 1,25 V, vaihtoehtoja ei paljoa ole.


Kuva 2 Vastaavasti bandgap-referenssit ovat pitkään olleet ominaisuuksien ja suorituskyvyn hyviä yhdistelmiä. Samalla kun hiukan hävitään stabiilisuudessa zenereihin verrattuna, mukaan on saatu paljon uusia ominaisuuksia: pieni yl9imenojännite, laaja lämpötila-alue, pieni tehonkulutus, pieni koko ja tarvittaessa suuri kuormavirta. Pieni, suunnilleen 1,2 V, bandgap-jännite mahdollistaa laajan jännitevalikoiman aina 1,25 voltista lähtien ja samalla voi rakentaa systeemin, jossa käyttöjännite on vain muutamia millivoltteja referenssijännitteen yläpuolella, kuten kuvassa 2.

Jännitereferensseissä suurin virheen aiheuttaja on tavallisesti lämpötilakerroin (TC). Usein käytetään referenssiä jonka TC on 20 ppm/°C. Jos laite toimii ns. teollisuuslämpötila-alueella (-40 °C - +85 °C) tästä seuraa kuitenkin maksimi virhe 2500 ppm eli 0,25 %. Tähän verrattuna muut virheet, kuten alkutarkkuus (n. 0,1%), pitkäaikainen ryömintä (n. 50 ppm/1000 tuntia) ja lämpöhystereesi (typ. 100 ppm) ovat pieniä. Tämä tarkkuus riittää useimpiin järjestelmiin, mutta monissa testi- ja mittauslaitteissa samoin kuin vielä laajemmalla lämpötila-alueella toimivissa autojärjestelmissä tarvitaan parempaa stabiilisuutta.

Ajan mittaan bandgap-referenssien suorituskyky on parantunut, ja joissakin tapauksissa stabiilisuus ja kohina ovat parempia kuin zenereillä. Uudet arkkitehtuurit, prosessit ja valmistustekniikka ovat laajentaneet tarkkuuden ja stabiilisuuden rajoja, Ennen ”tarkkuus” bandgap referenssi n lämpötilakerroin oli kunnioitettavat 20 – 50 ppm/°C, uusimmilla päästään jo alle 5 ppm/°C. Samalla muut ominaisuudet ja toiminnot ovat parantuneet.

Tyypillinen uusi esimerkki on LT6657. Se on uusi vaihtoehto tarvittaessa paras mahdollinen tarkkuus ja samalla kuitenkin joustavuus erilaisten järjestelmä vaatimusten ja rajoitusten mukaan.


Kuva 3 Lämpötilakertoimellaan 1,5 ppm/°C LT6657 on pieniryömintäisin bandgap-referenssijännitelähde. Hyvä lämpötilakompensointi pitää lähtöjännitteen virheen pienenä ja ennustettavana koko lämpötila-alueella (kuva 3), samalla kun viimeisin valmistustekniikka takaa saman suorituskyvyn piiristä piiriin ja valmistuserästä toiseen. Jotta jokainen yksilö olisi tämän tason mukainen, LT6657:n lämpötilakerroin taataan sataprosenttisella testauksella viidessä eri lämpötilassa. Alueella -40 °C – +125 °C lämpötilasta johtuva virhe LT6657:ssä taataan pienemmäksi kuin 250 ppm. Huomaa, että kuvaan 3 on merkitty 1 ppm virhettä vastaava alue. Tyypillinen LT6657 jää hyvin tämän alueen sisälle, ja silloin 1,5 ppm/°C tuotannon testausrajoilla saanto on hyvä.

Kokonaisvakavuuteen vaikuttavat myös pieni lämpöhystereesi ja hyvä pitkäaikainen stabiilisuus. Nämä ominaisuudet ennustavat miten hyvin systeemi säilyttää spesifikaationsa ajan mukaan ja lämpötilan vaihdellessa. Kaukaisissa tai muuten hankalissa paikoissa olevissa laitteissa pieni lämpöhystereesi ja hyvä pitkäaikainen stabiilisuus tarkoittavat harvempia kalibrointeja ja säästävät kustannuksia. Datalehdissä usein ilmoitetut tyypilliset arvot eivät kerro edustavatko ne keskiarvoa vai yksittäisiä piirejä tai mikä on hajonta. Linear Technology kertoo kaikista parametreistä suurimmat vaihteluvälit ja datalehdestä löytyvät tiedot antavat silloin luotettavaa tietoa suunnitteluun.

Toinen tärkeä ominaisuus referenssijännitelähteessä on kohina. Monissa systeemeissä stabiilisuus tai tarkkuus ei ole tärkein ominaisuus, vaan mittauksiin vaaditaan hyvin pieni kohina. LT6657:n kohina, 0,5 ppm, on verrattavissa parhaimpiin pienikohinaisiin zener-piireihin. Huipusta huippuun kohina 0,1 – 10 Hz:n kaistalla on vain 1,25 µV 2,5 voltin jännitelähteellä. Laajakaistainen kohina on myös pieni, vain 0,8 ppm (2 µVRMS) aina 1 kHz asti. Näillä kohina-arvoilla piiri on hyvin käyttökelpoinen erittäin tarkoissakin systeemeissä. Kohinavaatimuksen havainnollistamiseksi 20-bitin muuntimen 5 voltin alueella pienin bitti on vain 4,8 µV.

Pienen ryöminnän, hyvän stabiilisuuden ja pienen kohinan lisäksi LT6657:llä on muitakin hyviä ominaisuuksia. Riittää kun tulojännite on 50 mV lähtöjännitettä suurempi! Ilman kuormaa 2,6 volttia riittää syöttämään LT6657:n, alle 3 volttia riittää suurellakin DC-kuormalla (LT6657 pystyy syöttämään 10 mA). Tulojännitealue yltää 40 volttiin asti, tulojännitteen vaikutus on alle 1 ppm/V. Piiriä voi siis käyttää lähes mistä tahansa syöttöjännitteestä, mikä on suuri parannus verrattuna zener-referensseihin.

Muiden Linear Technologyn uusien referenssijännitteiden tapaan LT6657:n lähtöimpedanssi pysyy pienenä laajalla taajuusalueella. Tämä vähentää kuorman vaikutusta jännitteeseen ja estää kuorman muutosten vaikutukset referenssiin. Tämä ominaisuus on tärkeä syötettäessä tarkkaa ADC- tai DAC-piiriä sekä autolaitteistoissa, joissa virtojen muutokset voivat olla suuria. Lisäksi LT6657 pystyy ajamaan suurtakin kapasitanssia. Monet ADC:t ottavat näytteenoton yhteydessä suuren virtapiikin, ja silloin nopea asettumisaika ja kyky ajaa suurta kapasitanssia ovat erittäin tärkeitä.

LT6657:n virranajo kyky on erittäin hyvä, se pystyy sekä syöttämään että nielemään 10 mA ja tästä aiheutuva virhe jää alle 1 ppm:n. Tämä kapasiteetti mahdollistaa LT6657:n käytön syöttämään erilaisia antureita, syöttämään vaikeita ADC:muuntimia tai syöttämään tehon pienelle osajärjestelmälle referenssijännitteen tarkkuudella. Tehonsyötön ja referenssijännitteen yhdistäminen voi auttaa suunnittelijaa toteuttamaan laitteen pienikokoisena, pieni MSOP-kotelo auttaa asiassa vielä lisää. LT6657:ssä on luonnollisesti lämpösuojaus ja ylivirtasuojaus estämässä vahinkoja ylikuormitustilanteissa.

Viimeiseksi, LT6657 toimii myös rinnakkaisregulaattorina. Tämä käyttö tulee vastaan, jos tarvitaan negatiivista referenssijännitettä. Rinnakkaisregulaattorina piiriä voi käyttää suurillakin tulojännitteillä. Kuvassa 4 on esimerkki rinnakkaisreferenssistä, datalehdestä löytyy lisää esimerkkejä myös rinnakkaiskäytöstä sekä lähtövirran suurentamisesta ulkoisilla komponenteilla.

Kuva 3

Lisätietoa piiristä löytyy osoitteesta www.linear.com/product/LT6657, piirille on olemassa myös LTSpice-malli.



Takaisin

Etusivu | Palvelut | Edustukset | Yhteystiedot | Vip-lehti | Korvaustaulukot