Referenzspannung

Letztes Update 22.05.2004

6.3 Refererenzspannungen


In diesem Kapitel soll etwas auf die Referenzspannungsquellen eingegangen werden. Bei den von mir verwendeten Schaltungen werden in der Regel ADCs mit einer Auflösung von 12 Bit verwendet. Die Versorgungsspannung liegt bei +5 Volt. Verwendet man eine Referenzspannung von 4,096 Volt ergibt das eine Auflösung von 1mV/Bit. Es stellt sich jetzt die Frage, wie gut muss eine Referenzquelle sein, um tatsächlich mit dieser Ausflösung arbeiten zu lönnen. Dafür sind vier wichtige Kriterien zu beachten, die im folgenden untersucht werden sollen.

  1. Der Einfluß der Umgebungstemperatur
  2. Das Rauschen
  3. Die absolute Genauigkeit
  4. Und was kostet das Ganze

Als Einleitung aber erst mal einige Kenngrößen von Referenzspannungsquellen:

6.3.1 Kenngrößen

6.3.2 Umgebungstemperatur

6.3.3 Rauschen

6.3.4 Genauigkeit

6.3.5 Schaltung

6.3.5.1 TL431

Die Ausgangssituation ist ein 12-Bit-ADC der mit einer Auflösung von 1mV/Bit in einem Temperaturbereich von 0 bis 50°C arbeiten soll. Als Referenzspannung soll deshalb eine handelsübliche Bandkap Diode mit 4,096 benutzt werden. Um diese Genauigkeit zu erreichen wird die einstellbare Referenzdiode TL431 benutzt. Sie hat jedoch den Nachteil das die Referenzspannung relativ stark von der Umgebungstemperatur abhängig ist (ca. 30ppm). Hinzu kommen noch die Temperaturabhängigkeiten der Metallschicht Widerstände (ca. 25ppm) und des Trimmers (ca. 100ppm). Im ungünstigsten Fall können sich diese Abweichungen alle in die gleiche Richtung addieren. Es ist also eine Temperaturkompensation erforderlich (Siehe 7.4.1).

Ein wesentlicher Faktor der Referenzspannungsquelle ist die Input Offset Voltage Drift. Sie beschreibt den Einfluß der Temperatur auf die Offset Spannung.

Diese Drift wird durch die Temperaturabhängigkeit der Basis-Emitter-Spannungen der Eingangstransistoren verursacht. Die Basis-Emitter-Spannung sinkt mit etwa 1.8 mV pro Grad Celsius steigender Temperatur. Da jedoch beide Transistoren das selbe tun, kompensieren sie sich gegenseitig, allerdings nicht vollständig. Die Temperaturdrift kann daher positiv oder negativ sein.

6.3.5.2 LM385