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Verwendung einer Spannungsreferenz für eine exakte und stabile Datenkonvertierung

Von Bill Schweber

Zur Verfügung gestellt von Nordamerikanische Fachredakteure von Digi-Key

In dem Bestreben, die analoge und die digitale Welt immer schneller und effizienter miteinander zu verbinden, um die Vorteile des Internets der Dinge (IoT) nutzen zu können, kann man die wichtige Rolle der Spannungsreferenz leicht übersehen. Dies ist jedoch alles andere als ratsam. Spannungsreferenzen kommen als primärer Standard in Analog/Digital- (ADC) und Digital/Analog-Wandlern (DAC) zur „Beurteilung“ der analogen Ein- und Ausgangswerte zum Einsatz. Sie gewährleisten eine exakte Signalumwandlung und Datenkonvertierung, allerdings nur dann, wenn sie passend ausgewählt und korrekt verwendet werden.

Dieser Artikel beschreibt kurz Struktur und Merkmale einer Spannungsreferenz sowie die Vorgehensweise bei ihrer Auswahl. Als Beispiel wird eine Spannungsreferenz von Analog Devices aus der Serie ADR43x verwendet, um die verschiedenen Merkmale, Verbesserungen und Funktionen zu veranschaulichen, mit deren Hilfe Entwickler moderne Spannungsreferenzen optimal nutzen können. Dabei wird gezeigt, wie die Komponente ADR43x so verwendet wird, dass sie innerhalb der akzeptablen Grenzwerte bleibt, damit ADCs, DACs und Systeme in ihrer Gesamtheit ihr volles Potenzial ausschöpfen können.

Die wichtige Rolle von Spannungsreferenzen

In ihrer Grundform handelt es sich bei der Spannungsreferenz um eine Komponente mit drei Anschlüssen für Versorgungsschiene, (gemeinsame) Masse und eine präzise Ausgangsspannung (Abbildung 1). Eine Spannungsreferenz, die für die Aufgabe ungeeignet oder falsch verwendet wird, arbeitet ungenau und beeinträchtigt Gültigkeit und Glaubwürdigkeit des Wandlerausgangs.

Schaltbild der Komponente LT6656AIS6-2.5 aus der LT6656-Familie von Analog DevicesAbbildung 1: Bei der Grundausführung einer Spannungsreferenz handelt es sich um eine Komponente mit drei Anschlüssen für Eingangsspannung, Ausgangsreferenz und (gemeinsame) Masse, wie hier für die Komponente LT6656AIS6-2.5 von Analog Devices aus der LT6656-Familie gezeigt. (Bildquelle: Analog Devices)

Sobald ein Entwickler eine geeignete Referenz hinsichtlich Nennausgangsspannung, Genauigkeit und Toleranz sowie weiteren Parametern ausgewählt hat, besteht die Herausforderung darin, die Referenz so zu verwenden, dass die angegebene Leistung den Anforderungen der Anwendung in vollem Umfang genügt und die Leistung der Komponente nicht beeinträchtigt wird. Die Wichtigkeit dieser Vorgehensweise kann nicht stark genug hervorgehoben werden. Wie bereits erwähnt handelt es sich bei der Spannungsreferenz um den primären Standard, nach dem ein ADC die analoge Eingangsspannung beurteilt, während er diese Spannung digitalisiert. Für DACs ermöglicht eine stabile und zuverlässige Spannungsreferenz dem Wandler die Bereitstellung einer exakten analogen Ausgangsspannung entsprechend des digitalen Eingangssignals.

Auswählen der Referenz

Für feste Spannungsreferenzen kommen am häufigsten die folgenden drei Technologien zum Einsatz: die vergrabene Zener-Diode, der Bandlückenansatz unter Verwendung der Spannung VBE eines Transistors und die XFET®-Konfiguration von Analog Devices, bei der zwei Sperrschicht-FETs zusammenwirken (US-Patentnummer 5,838,192).

Während Entwickler von Spannungsreferenzen möglicherweise über die Feinheiten und Eigenschaften jedes einzelnen Ansatzes diskutieren (und das aus gutem Grund), liegt der Schwerpunkt für den Großteil der Anwender von Spannungsreferenzen stattdessen auf den Themen Leistung, Kompromisse, Anwendung und Kosten. Diese Betrachtungsweise wird hier vertreten.

Während die interne Kernreferenz einer Spannungsreferenz aufgrund der zugrunde liegenden Komponentenphysik der verwendeten Technologie einen „ungünstigen“ Wert aufweisen kann, werden Spannungsreferenzen mit internen Schaltungen konzipiert, damit die Werte ihrer Ausgangsspannungen gut zur Wandlerauflösung sowie zu den Systemanforderungen passen.

Beispielsweise werden viele Referenzen als eine Familie von Komponenten mit verschiedenen Ausgangsspannungen (z. B. 2,048 V, 2,5 V, 3,0 V, 4,096 V und 5,0 V) angeboten, die ansonsten völlig identisch sind. Die Versionen mit 2,048 Volt und 4,096 Volt ergänzen sich ideal mit der Wandlerauflösung, da beispielsweise ein 12-Bit-Wandler mit einer Spannungsreferenz von 4,096 Volt eine Nominalskalierung von 1 Millivolt (mV) pro Anzahl an Wandlungen aufweist.

Die anfängliche Genauigkeit der Referenz wird entweder in Prozent oder in Millivolt angegeben und kann stark variieren, da manche Anwendungen eine höhere Genauigkeit erfordern als andere. Eine höhere Genauigkeit ist im Allgemeinen schwerer zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Typisch für eine Referenzspannung ist ein maximaler Fehler von ±0,1 % unter allen Bedingungen. Fortschritte bei der zugrunde liegenden Topologie und Prozesstechnologie haben in dieser Hinsicht jedoch Verbesserungen ermöglicht. Die ADR434-Referenz mit 4,096 Volt etwa nutzt den XFET-Ansatz und bietet eine anfängliche Genauigkeit von ±5 mV (Suffix A) oder ±1,5 mV (Suffix B).

Es gibt jedoch viele Anwendungen, bei denen es weniger auf die absolute Genauigkeit der Referenzspannung als vielmehr auf ihre Stabilität und ihre langfristige Konsistenz ankommt. Der Grund hierfür könnte sein, dass digitalisierte Daten im Nachhinein korrigiert werden können oder dass die absolute Genauigkeit weniger wichtig ist als vergleichende Ergebnisse und ihre Änderungen, die beide Funktionen der Stabilität der Referenzspannung sind. Aus diesem Grund muss man bei der Auswahl der Referenzspannung abwägen, wie viel absolute Genauigkeit und wie viel Stabilität benötigt werden – und wie diese Stabilität beibehalten werden kann.

Dieser Stabilitätsfaktor bringt diverse nicht triviale Überlegungen mit sich. Ist die Nutzung nur auf einen kurzen Zeitraum beschränkt, wie etwa auf die Datenerfassung während eines kurzen Experiments? Oder handelt es sich um einen längeren Zeitraum von beispielsweise einem Jahr oder mehr? Diese Fragen muss der Entwickler bereits vor jedem Projekt beantworten.

Externe kontra interne Referenzen

Es gibt jedoch noch eine grundlegendere Frage: Ist eine unabhängige, externe Referenz überhaupt erforderlich? Wandler wie der ADC AD7605-4BSTZ von Analog Devices sind mit einer internen Spannungsreferenz ausgestattet. Dadurch spart man Platz auf der Karte und die Stückliste ist weniger umfangreich (Abbildung 2). Des Weiteren kann das Datenblatt Spezifikationen zur Lesegenauigkeit des vollständig charakterisierten ADC enthalten, da die Leistung der Referenz zu einem Bestandteil der Gesamtleistung des Wandler-ICs wird.

Schaltbild des 16-Bit-Wandlers AD7605-4BSTZ von Analog Devices (zum Vergrößern anklicken)Abbildung 2: Viele ADCs sind mit einer internen Spannungsreferenz ausgestattet, so auch der 16-Bit-Wandler AD7605-4BSTZ. Das spart nicht nur Platz und verkleinert die Stückliste, sondern vereinfacht auch die Analyse des Fehlerhaushalts, da die Leistung der Referenz in die Gesamtspezifikationen des Wandlers mit einbezogen ist. (Bildquelle: Analog Devices)

Es kann jedoch vorkommen, dass eine interne Referenz selbst dann nicht die benötigte Leistung bietet, wenn der Wandlerkern geeignet ist. Aus diesem Grund verfügen die meisten Wandler über eine Anschlussmöglichkeit für eine externe Referenz. Beachten Sie, dass sehr anwendungsspezifische und kostensensible Wandler – etwa solche für einen Low-End-Audiokanal – über einen internen Wandler verfügen können, der dem Zielstandard gerecht wird. Diese Wandler benötigen dann keine externe Referenz. Dennoch sollte man nicht einfach davon ausgehen, dass jede externe Referenz automatisch bessere Ergebnisse liefert als eine interne, da die Leistung der internen Referenz eventuell den Spezifikationen ihres zugehörigen Wandlers entspricht.

Es gibt noch einen weiteren Grund, selbst dann über die Verwendung einer externen Spannungsreferenz nachzudenken, wenn die interne geeignet ist. In Designs, in denen nicht nur ein Wandler-IC vorhanden ist, kann es vorkommen, dass sich die einzelnen internen Referenzen unterscheiden oder sich gegenseitig nicht identisch verfolgen. Ihre resultierenden Daten würden dann allein aufgrund der Unterschiede der Referenzen Inkonsistenzen aufweisen. Dies würde eine Korrelation der Daten erschweren und zu Fehlern führen, die nicht korrigiert werden können.

Aus diesem Grund ist es für ein Hochleistungssystem mit mehreren Wandlern im Allgemeinen besser, eine einzelne externe Referenz für alle Wandler zu verwenden. Hieraus ergeben sich jedoch Bedenken bezüglich der Fähigkeit der Referenz, mehrere Wandler ohne eine Verschlechterung ihrer grundlegenden Leistung „anzusteuern“. Hierauf wird im Folgenden näher eingegangen.

Aufrechterhalten der Leistung der Referenz

Neben den Genauigkeits- und Toleranzspezifikationen gibt es bei Referenzen Probleme, auf die geachtet werden muss, damit sich die Leistung stets innerhalb akzeptabler Grenzen bewegt. Hierzu zählen:

  1. Layoutprobleme wie Spannungsabfälle und Rauschen
  2. Ausgangsansteuerung (Quelle/Senke), Pufferung der Last und Transientenverhalten
  3. Kurzzeitstabilität und Temperaturdrift
  4. Langzeitdrift aufgrund von Alterung, physischer Belastung und Gehäuse

1. Layoutprobleme wie Spannungsabfälle und Rauschen: Wie bei allen empfindlichen Analogsignalen, selbst bei solchen, die eine statische Spannung übertragen, kann es zu einem übermäßigen Spannungsabfall (IR-Drop) zwischen Referenzausgang und Wandler kommen. Obwohl die Lasten der meisten Referenzen gering sind und sich im Bereich weniger Milliampere (mA) bewegen, kann selbst eine moderate Last von 10 mA, die durch einen Widerstand von 100 Milliohm (mΩ) fließt, zu einem Spannungsabfall von 1 mV führen, was zu einem erheblichen Fehler im Fehlerhaushalt führen kann.

Die Spannungsreferenz der ADR43x-Serie meistert dieses Problem, indem der Verkabelungswiderstand in einer Kelvin-Konfiguration in die Regelschleife eines externen Operationsverstärkers integriert wird (Abbildung 3). Der Verstärker misst die an der Last abfallende Spannung, sodass die Regelschleife des Operationsverstärkers die Kompensation des Verkabelungsfehlers am Ausgang erzwingt und somit die korrekte Spannung ausgibt, die an der Last abfällt.

Schaltbild des ADR43x von Analog DevicesAbbildung 3: Komponenten der ADR43x-Serie können über einen externen Operationsverstärker in einer Kelvin-Konfiguration so konfiguriert werden, dass jeder IR-Drop zwischen Referenzausgang und Wandlerreferenzeingang Bestandteil einer Rückkopplungsschleife ist, die den Verlust korrigiert. (Bildquelle: Analog Devices)

Externes Rauschen beeinträchtigt die Referenzspannung am Wandler ebenfalls, und zwar durch Lastrauschen, Masserauschen und Störsignalaufnahme von unzureichend entkoppelten Versorgungsschienen. Des Weiteren tritt bei Referenzen internes Niederfrequenz- (0,1 Hertz (Hz) bis 10 Hz) und Hochfrequenzrauschen (10 Hz bis 25 Kilohertz (kHz)) auf, um das man sich kümmern muss. Hochleistungsreferenzen wie beispielsweise diejenigen aus der ADR43x-Familie bieten von Spitze zu Spitze (p-p) ein Niederfrequenzrauschen unterhalb von 3,5 Mikrovolt (μV) sowie ein Hochfrequenzrauschen von etwa 200 µV (Spitze) von 10 Hz bis 10 kHz.

Das Rauschdichtespektrum für den ADR431BRZ-REEL7 ist unten dargestellt (Abbildung 4). Für unterschiedliche kapazitive Lasten verläuft die Kurve bis etwa 1 kHz relativ flach und beginnt dann anzusteigen. Für eine kapazitive Last von null bleibt die Kurve flach.

Diagramm der Rauschdichte über die Frequenz für den ADR431BRZ-REEL7Abbildung 4: Die Kurve für die Rauschdichte über die Frequenz für den ADR431BRZ-REEL7 verläuft für unterschiedliche kapazitive Lasten bis 1 kHz relativ flach und beginnt dann anzusteigen. Für eine kapazitive Last von null bleibt die Kurve flach. Mit Zunahme der Last steigt die Kurve immer schneller an. (Bildquelle: Analog Devices)

Um Rauschen zu verringern, kommt am häufigsten ein einfacher RC-Filter zum Einsatz. Viele Referenzspannungen verfügen jedoch über Ausgangsverstärker, die bei großen kapazitiven Lasten instabil werden und zu oszillieren beginnen können. Das Anschließen einer größeren Kapazität in Höhe von mehreren Mikrofarad (µF) stellt daher keine Option dar, sofern die Referenz hierfür nicht ausgelegt ist. Bei der Komponente ADR43x kann die Grundschaltung der Referenz um einen einfachen RC-Filter erweitert werden, falls dieses Hochfrequenzrauschen die Anforderungen weiterhin überschreitet (Abbildung 5).

Schaltbild der Grundschaltung der Spannungsreferenzen ADR43xAbbildung 5: Für die Grundschaltung mit den ADR43x-Spannungsreferenzen sind mit zwei Kondensatoren auf der Eingangsseite und einem einfachen Kondensator mit 0,1 µF am Ausgang nur wenige passive externe Komponenten erforderlich. (Bildquelle: Analog Devices)

Beachten Sie, dass jede der ADR43x-Referenzen über einen externen Pin verfügt, über den auf den internen Kompensationsknoten zugegriffen werden kann, um am kritischen Punkt des Schaltkreises eine externe RC-Reihenschaltung hinzuzufügen (Abbildung 6).

Schaltbild der ADR43x-Komponenten von Analog Devices mit einem für den Benutzer zugänglichen Gehäuse-PinAbbildung 6: Die ADR43x-Komponenten verfügen über einen für den Benutzer zugänglichen Gehäuse-Pin (Pin 7), über den der interne Operationsverstärker gegebenenfalls um eine Kompensation ergänzt werden kann. (Bildquelle: Analog Devices)

Das Hinzufügen der RC-Schaltung ermöglicht eine „Überkompensierung“ des internen Operationsverstärkers, wodurch Instabilität vermieden wird. Benutzer können die Kapazität so wählen, dass ein ausreichend niedriger Rauschpegel im Vergleich zur Frequenz erreicht wird (Abbildung 7).

Diagramm der Rauschunterdrückung für ADR43x-ReferenzenAbbildung 7: Entwickler, die ADR43x-Referenzen verwenden, können die Werte der RC-Komponenten so wählen, dass die gewünschte Rauschunterdrückung erzielt wird, ohne sich Gedanken über die Ausgangsstabilität machen zu müssen (siehe dieses Diagramm der Rauschdichte über die Frequenz für verschiedene RC-Kombinationen). (Bildquelle: Analog Devices)

2. Ausgangsansteuerung (Quelle/Senke), Pufferung der Last und Transientenverhalten: Die meisten Referenzen verfügen über eine interne Pufferung und sind für Quellen- und Senkenströme bis 5 mA oder 10 mA geeignet. Sind die erforderlichen Lastströme höher als die für Quelle und Senke der Referenz angegebenen Werte, wird ein externer Puffer (üblicherweise mit Verstärkungsfaktor eins) benötigt. Ein Puffer ist eventuell jedoch nicht erwünscht, da die potenziellen Auswirkungen seiner Unzulänglichkeiten (Ungenauigkeit, Drift) dazu führen können, dass die Referenz den Systemspezifikationen nicht länger gerecht wird.

Bei der ADR43x-Serie ist ein externer Strompufferverstärker aufgrund der relativ hohen Quellen- und Senkenströme von +30 mA bzw. -20 mA oftmals nicht erforderlich.

Außerdem ist die Last an der Referenz nicht notwendigerweise konstant, sondern kann variieren, während der ADC (oder DAC) interne Schaltvorgänge ausführt. Ist das Signal von der externen Referenz am Wandlereingang gepuffert, bereitet das keine Probleme. Ohne Pufferung jedoch muss das Transientenverhalten der Referenz untersucht werden. In manchen Fällen wird zwischen Referenz und Wandler ein externer Puffer benötigt, um trotz transienter Lasten eine Ansteuerung zu ermöglichen. Auch in diesem Fall muss die Leistung des Puffers bei der Fehleranalyse für das System berücksichtigt werden.

3. Kurzzeitstabilität und Temperaturdrift: Der Referenzausgang unterliegt aufgrund der Einschwingzeit der aktiven Schaltkreise und der zur Stabilisierung des Temperaturgradienten am Chip benötigten Zeit einer Drift. Diese Einschwingzeit beim Einschalten hängt für die meisten Referenzen üblicherweise von der Lastkapazität ab. Für die ADR431-Referenz sind die Auswirkungen des Lastkondensators für eine geringe Last jedoch minimal (Abbildung 8 und Abbildung 9).

Diagramm zur Einschwingzeit beim Einschalten für die ADR431-ReferenzAbbildung 8: Die Einschwingzeit beim Einschalten für die ADR431-Referenz liegt ohne Last bei etwa 8 Mikrosekunden (µs). (Bildquelle: Analog Devices)

Diagramm zur Einschwingzeit beim Einschalten für die ADR431-Referenz mit einer zusätzlichen Last von 0,01 µFAbbildung 9: Mit einer zusätzlichen Last von 0,01 µF beträgt die Einschwingzeit beim Einschalten für die ADR431-Referenz auch weiterhin nur etwa 8 µs. (Bildquelle: Analog Devices)

In den Datenblättern ist die Genauigkeit der Referenz für eine bestimmte Temperatur angegeben, die sich üblicherweise von der Temperatur beim Einschalten unterscheidet. Die Änderung des Ausgangssignals aufgrund von Temperaturänderungen kann problemlos die Genauigkeitsanforderungen des Systems überschreiten, weswegen eine Referenz mit einer ausreichend niedrigen Drift erforderlich ist. Die ADR43x-Familie ist für den Betrieb von −40 °C bis +125 °C konzipiert. Für die ADR434A-Referenz (4,096 Volt, ±5 mV Ausgangsgenauigkeit) beträgt dieser Koeffizient 10 ppm (Teile pro Million)/°C, während andere Mitglieder der Serie sogar Werte von lediglich 3 ppm/°C bieten.

4. Langzeitdrift aufgrund von Alterung, physische Belastung und Gehäuse: Die Drift trägt häufig erheblich zur Ungenauigkeit einer Spannungsreferenz bei. Nehmen wir eine Anwendung, für die eine Spannungsreferenz mit einer Gesamtgenauigkeit von ±0,1 % über den gesamten Temperaturbereich erforderlich ist. Der Entwickler entscheidet sich für eine Hochleistungsreferenz mit einer Ausgangsgenauigkeit von ±0,05 % und einem sehr niedrigen Temperaturkoeffizienten von ±5 ppm/°C.

Zwischen 25 °C und 125 °C beträgt die Drift aufgrund des Temperaturkoeffizienten 5 ppm/°C × 100 °C bzw. 500 ppm (0,05 %), sodass der Gesamtfehler (anfänglicher Fehler + Driftfehler) gerade noch der Anforderung von ±0,1 % gerecht wird. Bei manchen High-End-Anwendungen wird die Referenz in einem temperaturgeregelten Ofen platziert, die jenen Öfen gleichen, die für temperaturstabilisierte Quarze zur Frequenzeinstellung und als Taktgeber verwendet werden, was in den meisten Situationen jedoch nicht wünschenswert oder praktikabel ist.

Mit der weiteren Verbesserung der Genauigkeit der Referenz wird ihre Langzeitdrift (LTD, Long-Term Drift) immer wichtiger für die Aufrechterhaltung dieser Genauigkeit. Für den Entwickler stellt die LTD eine besondere Herausforderung dar, weil sie außerdem eine Funktion von Produktionsverfahren und Produktverwendungsmustern darstellt und nicht nur von einem gründlichen Design und der zugehörigen Komponentenauswahl abhängt. Die Belastungen des Gehäuses, die während der Montage auf der Platine auftreten, sind die Hauptursache für die LTD. Bei in Kunststoffgehäusen untergebrachten ICs kommt es aufgrund der hohen Temperaturen beim Auflöten zu einer leichten Änderung der Form. Diese durch Belastung verursachte Änderung der Abmessungen führt wiederum zu Belastungen der Matrize der Spannungsreferenz.

Die Folge ist, dass sich das Ausgangssignal der Spannungsreferenz ändert, wenn diese mechanischen, mit der Montage zusammenhängenden Belastungen abklingen und das Gehäuse im Laufe von Stunden, Tagen und sogar Wochen wieder seine normale Form annimmt. Der Umfang der Änderung ist abhängig von Layout, Komponentengehäuse sowie weiteren Faktoren und bewegt sich üblicherweise im Bereich weniger ppm. Außerdem altert das Verhältnis zwischen Matrize der Referenz und Gehäuse mit der Alterung der Komponente im Laufe eines Jahres gleichmäßig, weswegen die Drift für manche Referenzen für diesen sehr viel längeren Zeitraum angegeben ist.

In den meisten Datenblättern zu Spannungsreferenzen ist die LTD als die übliche Drift nach den ersten 1000 Betriebsstunden angegeben. Die Datenblätter der ADR43x-Serie geben die LTD für die ersten 1000 Stunden mit 40 ppm (typisch) an, weisen jedoch außerdem darauf hin, dass die Drift für nachfolgende 1000-Stunden-Intervalle erheblich niedriger ist als in den ersten 1000 Stunden.

Eine Lösung für diese durch Belastung verursachte Drift ist, die Platine über mehrere Stunden hinweg Temperaturschwankungen auszusetzen, da die internen Belastungen hierdurch schneller abklingen. Eine weitere Lösung ist die Verwendung von Spannungsreferenzen in Keramikgehäusen, da diese in der Regel stabiler sind als Kunststoffgehäuse und ihre Form nicht so leicht ändern. Viele Referenzen sind jedoch nicht in Keramikgehäusen erhältlich. Unter Umständen stellt das jedoch kein Problem dar, da die neueste Generation von Referenzen in Kunststoffgehäusen LTD-Werte bietet, die annähernd so gut sind wie bei Keramikgehäusen.

Was die Entwickler ebenfalls nicht ignorieren dürfen, sind die Auswirkungen auf Spannungsreferenzen aufgrund von Transienten auf den eigenen Stromschienen, denn letzten Endes stellt eine Referenz in vielerlei Hinsicht nichts anderes als eine spezielle „Stromversorgung“ dar. Aus diesem Grund trifft es nicht nur zu, dass Lastschwankungen möglicherweise Auswirkungen auf die Genauigkeit des Ausgangssignals haben, sondern auch, dass ein stabiler und sauberer Gleichstromeingang ebenfalls wichtig zur Aufrechterhaltung der angegebenen Leistung ist. Vor diesem Hintergrund wird eine gut konzipierte Spannungsreferenz den Leistungseingang streng regeln. Die ADR431 gibt über den Eingangsspannungsbereich von 7 V bis 18 V eine Leitungsregelung von ΔVAUS/ΔVEIN von 5 mV/ppm (typisch) und von 20 mV/ppm (maximal) an (Abbildung 10).

Diagramm: ADR43x-Komponenten zeigen trotz einer Leitungstransienten von 500 mV keine Änderung des AusgangssignalsAbbildung 10: Transienten in der Stromschiene der Spannungsreferenz können deren Leistung beeinträchtigen. Durch eine gute interne Leitungsregelung sollte diese jedoch kein Problem darstellen. Die ADR43x-Komponenten beispielsweise zeigen trotz einer Leitungstransienten von 500 mV keine Änderung des Ausgangssignals. (Bildquelle: Analog Devices)

Fazit

Sowohl in einen ADC oder DAC integrierte als auch diskrete externe Spannungsreferenzen stellen einen entscheidenden Baustein jedes Systems dar, in dem Datenwandler zum Einsatz kommen. Verbesserungen bei der grundlegenden Genauigkeit, der Drift sowie bei weiteren Parametern sorgen für Leistungsverbesserungen auf Systemebene.

Wie gezeigt können die Entwickler aus einer Vielzahl von Spannungsreferenzmerkmalen und -verbesserungen – sowohl hinsichtlich Topologie als auch Prozess – wählen. Neben zusätzlichen Funktionen zur Gewährleistung der Genauigkeit und einer konsistenten Leistung unter verschiedenen statischen und dynamischen Betriebsbedingungen hat die täuschend einfache Spannungsreferenz einem Entwickler, der nach Optionen für strenge Designanforderungen sucht, noch sehr viel mehr zu bieten.

Referenzen:

  1. Analog Devices, AN-713, „The Effect of Long-Term Drift on Voltage References
  2. Analog Devices, Engineer Zone, „Trimming the ADR430

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Über den Autor

Bill Schweber

Bill Schweber ist ein Elektronikingenieur, der drei Lehrbücher über elektronische Kommunikationssysteme sowie Hunderte von Fachartikeln, Stellungnahmen und Produktbeschreibungen geschrieben hat. In früheren Funktionen arbeitete er als technischer Website-Manager für mehrere themenspezifische Websites für EE Times sowie als Executive Editor und Analog Editor bei EDN.

Bei Analog Devices, Inc. (einem führenden Anbieter von Analog- und Mischsignal-ICs) arbeitete Bill in der Marketingkommunikation (Öffentlichkeitsarbeit). Somit war er auf beiden Seiten des technischen PR-Bereichs tätig. Einerseits präsentierte er den Medien Produkte, Geschichten und Meldungen von Unternehmen und andererseits fungierte er als Empfänger derselben Art von Informationen.

Vor seinem Posten in der Marketingkommunikation bei Analog war Bill Mitherausgeber der renommierten Fachzeitschrift des Unternehmens und arbeitete auch in den Bereichen Produktmarketing und Anwendungstechnik. Zuvor arbeitete Bill bei Instron Corp. als Designer von Analog- und Leistungsschaltungen sowie von integrierten Steuerungen für Materialprüfmaschinen.

Er verfügt über einen MSEE (University of Massachusetts) und einen BSEE (Columbia University), ist ein registrierter Fachingenieur und hat eine Amateurfunklizenz für Fortgeschrittene. Darüber hinaus hat Bill Online-Kurse zu verschiedenen Themen geplant, verfasst und abgehalten, etwa zu MOSFET-Grundlagen, zur Auswahl von Analog/Digital-Wandlern und zur Ansteuerung von LEDs.

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