精密測(cè)試設(shè)備依靠精確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，確保所有測(cè)量結(jié)果都能準(zhǔn)確地反映受測(cè)器件的狀態(tài)。在測(cè)試和測(cè)量中，任何偏移誤差、增益誤差或有效位數(shù)減少都將對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生負(fù)面影響。然而，遺憾的是，在高精度系統(tǒng)中，所有這些誤差都無(wú)法完全避免。溫度漂移或長(zhǎng)期漂移等問(wèn)題最終會(huì)以增益誤差或偏移誤差的形式表現(xiàn)出來(lái)。因此必須進(jìn)行校準(zhǔn)，確保所有測(cè)量結(jié)果都是準(zhǔn)確的。
要實(shí)現(xiàn)有效的校準(zhǔn)，必須提供穩(wěn)定不變的電壓電平。通俗地講，可以稱之為“黃金基準(zhǔn)”。模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 或數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 測(cè)量這些已知電壓電平時(shí)，可以比較測(cè)量結(jié)果并使用任何差值來(lái)確定增益誤差和偏移誤差。圖 1 展示了此電路的配置示例。
圖 1：ADC 校準(zhǔn)的電路配置示例
在量化增益誤差和偏移誤差后，軟件可以對(duì)這些差值進(jìn)行補(bǔ)償。這種校準(zhǔn)方法對(duì)于確保測(cè)試應(yīng)用的準(zhǔn)確測(cè)量至關(guān)重要，它完全依賴于盡可能保持不變的黃金基準(zhǔn)。當(dāng)然，任何電路都不可能完全不變，因此即使是高精度的電壓基準(zhǔn)，隨著時(shí)間的推移也會(huì)出現(xiàn)微小漂移。
埋入式齊納二極管電壓基準(zhǔn)及其在校準(zhǔn)中的重要性
如果黃金基準(zhǔn)隨著時(shí)間發(fā)生變化，整個(gè)系統(tǒng)的精度都會(huì)受到影響。影響系統(tǒng)精度的黃金基準(zhǔn)參數(shù)包括長(zhǎng)期漂移、溫度漂移和噪聲。
如果選擇的電壓基準(zhǔn)要將表 1 中所列參數(shù)引起的誤差降至最低，則會(huì)選擇具有內(nèi)部加熱器的埋入式齊納電壓基準(zhǔn)。埋入式齊納電壓基準(zhǔn)能夠提供在時(shí)間和溫度變化下漂移極小的電壓電平，并具有超低噪聲。TI 的 REF80 就是此類器件的一個(gè)例子。表 1 還包括一些 REF80 性能規(guī)格。
表 1：電壓基準(zhǔn)參數(shù)和 REF80 規(guī)格
0.1Hz 至 10Hz 噪聲和溫度漂移會(huì)影響電壓基準(zhǔn)的輸出，從而導(dǎo)致校準(zhǔn)誤差。不過(guò)，對(duì)于校準(zhǔn)而言，最重要的規(guī)格是長(zhǎng)期漂移，因?yàn)樵搮?shù)直接影響整個(gè)系統(tǒng)需要校準(zhǔn)的頻率。
增加半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備的系統(tǒng)校準(zhǔn)間隔時(shí)間
在測(cè)試和測(cè)量設(shè)備中校準(zhǔn) ADC 和 DAC 時(shí)，埋入式齊納電壓基準(zhǔn)有助于確定 ADC 和 DAC 輸出值的偏移程度。盡管埋入式齊納電壓基準(zhǔn)隨時(shí)間變化很小，但在高精度測(cè)試設(shè)備中，仍必須考慮輸出電壓的微小變化。許多測(cè)試和測(cè)量系統(tǒng)需要在幾個(gè)月后校準(zhǔn)黃金基準(zhǔn)，確保依賴于黃金基準(zhǔn)的系統(tǒng)校準(zhǔn)依舊準(zhǔn)確。圖 2 展示了 REF80 的長(zhǎng)期漂移。
圖 2：REF80 輸出電壓長(zhǎng)期漂移
圖 2 的幾個(gè)重要方面展示了為什么 REF80 非常適合高精度測(cè)試和測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)。首先，大多數(shù)輸出電壓漂移發(fā)生在器件運(yùn)行的前 336 小時(shí)（或 14 天）內(nèi)。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)檩敵鲭妷浩品€(wěn)定得越快，校準(zhǔn)需求就越少，這是因?yàn)檩敵鲭妷簬缀醪粫?huì)發(fā)生同樣大的漂移。換句話說(shuō)，長(zhǎng)期漂移的降低也會(huì)減少所需的校準(zhǔn)次數(shù)。對(duì)于自動(dòng)測(cè)試設(shè)備中的參數(shù)測(cè)量單元，該結(jié)果尤其重要（請(qǐng)參閱圖 3）。
圖 3：自動(dòng)測(cè)試設(shè)備中的參數(shù)測(cè)量單元方框圖
自動(dòng)測(cè)試設(shè)備必須每隔幾個(gè)月后進(jìn)行一次校準(zhǔn)，確保黃金基準(zhǔn)的輸出電壓漂移不會(huì)影響測(cè)試儀測(cè)量的精度。每次校準(zhǔn)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)都必須離線，這會(huì)耗費(fèi)時(shí)間和成本。使用 REF80 等埋入式齊納電壓基準(zhǔn)能夠減少校準(zhǔn)所需的時(shí)間和成本。
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