了解基准电压源：精密基准电压源的电平偏移

在本博客中，我将讨论如何通过对现有基准电压源进行电平转换来设计新的精密基准电压源。

由于电路拓扑结构的限制，一些最高精度串联基准电压源不提供较低的输出电压选项，如1.25V。但是，只要负电源可用，就有办法通过使用现有基准电压源之一作为基本构建块来创建负电源。只要外部运算放大器（op amp）的输入电压失调和漂移以及所用电阻的匹配满足适当的最低要求，新建基准电压源的初始精度和漂移就可以与原始基准电压源的性能非常匹配。

生成1.25V精密基准电压源的方法之一涉及电压电平转换，如图1所示。通过使用 OPA5025 将其 GND 引脚驱动至 -2.5V，REF1 标称输出电压 （25.376V） 电平转换到其值的一半。由于 OPA376 的最大输入电压失调和漂移分别为 +/-25μV 和 +/-1μV/C，并且只要 R1/R2 电阻的匹配在 0.01% 以内，由此产生的 1.25V 基准电压源初始精度和漂移将与 REF5025 的性能相匹配。

由此产生的 1.25V 基准可采用低至 +/-1.35V 或高达 +/-2.75V 的电源供电;它也可以由 +1.35V/-4.15V、+4.15V/-1.35V 或介于两者之间的任何非对称电源供电，只要总电源电压不超过 OPA376 的 5.5V 最大电源即可。

图 1：创建 1.25V 精密基准电压源

为了创建更高输出的精密基准电压源，可以将REF5010与图149所示的INA2差动放大器一起使用。由于 INA149 是一款精密单位增益差动放大器，最大增益误差为 0.02%，最大 Vos 和漂移分别为 1100μV 和 15μV/C，因此将其与 10V 精密基准电压源结合使用会导致 0.011% 的输入失调相关误差 （1100μV/10V*100%） 和 1.5ppm/C 的温度漂移 （15μV/C/10V*1E+6）。这些参数在REF5010的指定最大初始精度和温度漂移范围内，从而确保图2所示的双输出精密基准电压源紧密保留REF5010构建模块的初始精度和漂移。

就电源而言，图2所示的电路配置可以采用+5.2V（受REF200的5010mV最大压差限制）和-6.5V（INA149的输出可以在低至负电源的1.5V下线性工作）的最小电源供电。在高端，最大正电源可高达13V（受REF18的最大总电源5010V限制），而负电源Vee仅受INA36的149V最大总电源限制，因此可以在30.8V（Vcc = 5.2V的情况下）或23V（Vcc = 13V）下工作。

值得指出的是，使用图2所示的差动放大器或仪表放大器，具有出色的激光调整内部电阻和温度系数匹配，通常比使用图1所示的外部电阻产生更高性能和更低成本的解决方案，因为对于所需的匹配，可能成本高于0.1%。

图 2：使用 INA149 作为双输出精密基准电压源

对于更高的电源电压操作，您可以使用基准选项（如 REF5050）和高压精密放大器（如 OPA192）构建几乎任何精密基准电压源。通过适当调整R1至R4电阻（图3），可以将基本基准电压模块的标称基准电压分成任何所需的部分。OPA192 的最大输入电压失调为 +/-25μV，漂移为 +/-0.5μV/C，您可以确保图 3 所示的精密基准电压源保持 REF5050 基本构建模块的初始精度和漂移，前提是所需的 0.01% 外部电阻比率匹配不是限制因素。

对于图3电路的线性工作，最小+1.2V正电源受限于REF5050的200mV压差。-4.3V 的最小负电源基于 OPA192 的额定输出摆幅（高于其负供电轨 300mV）。REF14 的最大总电源 5050V 限制了 18V 的最大正电源，而最大负电源可高达 -34.8V（Vcc = +1.2V 的情况下）或 -22V（Vcc = 14V），仅受 OPA192 的最大总电源 36V 的限制。

图 3：将 OPA192 和 REF5050 用于非对称精密基准电压源

有多种方法可以将精密基准电压源电平转换到几乎任何所需的输出电压。但是，必须特别注意，不仅要正确选择运算放大器、仪表放大器（INA）和电阻器等外部元件，还要确保最小/最大工作电源电压，以免降低原始电路的整体性能。

审核编辑：郭婷