我們是否曾經(jīng)不得不在兩種我們最喜歡的甜點(diǎn)之間進(jìn)行選擇，然后心想：“為什么我不能兩者都吃？” 好吧，工程師在使用可編程參考電壓 (V REF )進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)每天都會(huì)發(fā)生同樣的事情。

對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)，一個(gè)非常普遍的目標(biāo)是提出提供一組功能的超低功耗設(shè)計(jì)：感知溫度、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，甚至為我們提供我們喜歡的糖果。但是我們知道嗎，為了實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行，工程師還放棄了其他優(yōu)勢(shì)？為了實(shí)現(xiàn)低功耗，工程師通常必須使用 V REF進(jìn)行設(shè)計(jì)，以提供非常低的電流，但會(huì)在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)造成精度損失。有沒有辦法讓這些工程師也吃蛋糕？我想你知道答案。

首先，讓我們來(lái)看看我所說(shuō)的 V REF精度是什么意思以及直接影響精度的條件。對(duì)于這個(gè)例子，我將使用常用的TL431來(lái)驅(qū)動(dòng)我的分析。如果我們有一個(gè)類似于圖 1 的電路，我們可以設(shè)置 R1 和 R2 以根據(jù) V REF獲得所需的 V KA輸出。我們可以在本應(yīng)用筆記中找到有關(guān)如何執(zhí)行此操作的更多信息。

圖 1：電源限流器

V REF并不總是在其標(biāo)稱值；事實(shí)上，它保證有一個(gè)基于設(shè)備工作條件的偏移量。表 1 顯示了直接影響 V REF的規(guī)格表。

表 1：TL431 電氣規(guī)格

假設(shè) V KA = 5V 和陰極電流為 2mA，我們可以使用公式 1通過(guò)添加這些參數(shù)（典型值）的集體效應(yīng)來(lái)計(jì)算有效VREF。

  (1)

這告訴我們，對(duì)于 TL431，有效 V REF現(xiàn)在為 2.4899V，或 0.2% 的準(zhǔn)確度，這在視覺上沒有顯著差異。但是一旦達(dá)到最大值（這通常發(fā)生在高溫下），我們就會(huì)得到2.539V的有效 V REF，即 1.78% 的準(zhǔn)確度。

這對(duì)我們的系統(tǒng)有何影響？

在模擬環(huán)境中，總電壓漂移可能是觸發(fā)運(yùn)算放大器的必要閾值，最大 44.5mV/最小偏移可能意味著穩(wěn)壓和待機(jī)之間的差異，這可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障。但是，當(dāng)我們考慮使用 TL431 作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的參考時(shí)，這將成為一個(gè)更大的問題。最低有效位 (LSB) 電壓是根據(jù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)精度確定的。假設(shè) 5V 和 8 位 ADC 的條件相同，LSB 為 19.53mV，這在典型操作期間應(yīng)該沒問題，如等式 2 所示。但是隨著溫度的變化，操作會(huì)發(fā)生變化，系統(tǒng)可能會(huì)讀取錯(cuò)誤數(shù)據(jù)或執(zhí)行不正確。

 (2)

那么如何解決精度問題并保持低功耗運(yùn)行呢？一種解決方案是ATL431，它具有較低的運(yùn)行功率，但顯著提高了精度。在與以前相同的條件和設(shè)計(jì)參數(shù)下使用 ATL431，我們將獲得2.499V (0.95mV)的有效 V REF，或 0.03% 的精度。在考慮模擬操作時(shí)，這會(huì)給我們帶來(lái)更大的誤差幅度，但更重要的是，我們現(xiàn)在可以使用分辨率更高的 ADC（公式 3）：

(3)

最后，在正確方向上的微小變化可以產(chǎn)生更多與我們圍繞 TL431 的原始設(shè)計(jì)折衷的結(jié)果。該ATL431是那些能夠提供足夠好的省電也有精度的提高的解決方案之一，而不必犧牲一個(gè)用于其他。最后，即使妥協(xié)，也有可能兩全其美。