对电压参考进行滤波以获得低噪声性能

作者：Ron Mancini 信息来源:EDN China 2006-5-6

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输出电压相对于电压参考的短期变化即为噪声。参考电压噪声一般发生在以下两个频段：短期噪声在0。1Hz~10Hz，宽带噪声在10Hz~1kHz。由于噪声电压一般与参考电压成正比，故常用每百万分之一 (ppm) 来表示噪声，并借此使每百万分之一值恒定。...

　　输出电压相对于电压

考的短期变化即为噪声。参考电压噪声一般发生在以下两个频段：短期噪声在0.1Hz~10Hz，宽带噪声在10Hz~1kHz。由于噪声电压一般与参考电压成正比，故常用每百万分之一 (ppm) 来表示噪声，并借此使每百万分之一值恒定。能隙（或带隙）电压参考具有介于3ppm~16ppm之间的噪声电压，但埋入式齐纳电压参考的噪声更低，介于0.1ppm~0.5ppm之间。噪声随参考电流的增加而减小，但增加参考电流并不

大多数电压参考的选项。因此，改进噪声性能的有效途径是采用外部噪声滤波器。滤波器可有效地减少噪声：噪声带宽减少100倍可使噪声减少10倍。

　　图1a所示电路给出了一种典型的电压参考滤波器，其中负载电流流过R₁，在R₁上产生压降。R₁C₁提供滤波功能，但R₁上压降所导致的调整损失要求使用一个额外的缓冲器（图1b）。缓冲器最多可将流过R₁的电流减小至1 nA。当用户能用50Ω的R₁及一个陶瓷电容来进行噪声滤波时，R₁上的压降为0.05mV，可忽略不计。当C₁为陶瓷电容且假设低频截断点足以获得所需性能时，则采用图1所示的电路。由于缓冲器也会给参考电压带来噪声，故将其配置成带有可消除其内部噪声截断点的低通滤波器。

　　当滤波器的-3dB截断点较低时，此电路配置会有一些问题。由于其压降限制了参考电压的精度，因此不能无限制地增加R₁。您不能使用陶瓷电容，因为其容积效率有限，故应选择一个钽或铝电解电容。但此类电容又具有明显的泄漏电流（为其工作电压与温度的函数），因此电容泄漏电流I_CL会流过R₁而造成可破坏调整效果的压降。

　　图2 所示电路可解决此电阻问题。将R₁包括进反馈回路中，可通过除以大约134 dB的运放增益而减小R₁上压降所产生的影响。

样，电容泄漏电流的作用即可忽略不计。R₁上压降从输出电压摆幅中扣除，但如果负载电流小于10 mA的运放输出电流能力，则压降小于0.5V。由运放偏置电流所造成的R₂两端的压降非常关键，因为它会增加参考电压的误差。当R₂为2 kΩ时，其压降为2mV（1nA输入偏置电流）；如果此压降太大，则减小R₂值。

　　滤波器位于运放输出端，因此-3dB截断点为1/2pR₁C₁的低通滤波器可减小电压参考及运放的噪声。R₂C₂网络通过在波特图上增加一个零点来确保稳定性。R₂C₂网络可引起噪声增益尖峰，因此用户应通过保持R₂C₂=2R₁C₁关系来减小放大器噪声增益尖峰。C_1A可以是一个自谐振频率较低的铝电解电容；因此，可将陶瓷电介质电容C_1B与C_1A并联以保持较低的总电抗。只要保持峰值关系，此滤波器即可驱动高电容值负载（将负载认为是C₁的一部分）。

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