Tutorials - PIC

 

Regolatori con bandgap reference


Un' altra tecnologia interessante fa uso di bandgap reference.

Un riferimento bandgap sviluppa due tensioni: una che ha un coefficiente di temperatura (tempco) positivo e una con coefficiente negativo. Insieme, esse hanno una somma zero in uscita. 

Il positivo solitamente deriva dalla differenza di due VBE a diversi livelli di corrente. Il negativo utilizza la tensione VBE. 

All' atto pratico la somma non esattamente zero, ma si possono ottenere tolleranze molto basse, tra 5 e 100 ppm/C.

Inoltre, l'integrazione consente di disporre di una ampia gamma di tensioni, trimmate con la variazione delle resistenze di feedback dell' operazionale di uscita.
Altro vantaggio delle sorgenti di riferimento integrate il basso consumo di corrente.

In ogni caso, la deriva in temperatura un parametro molto importante per risoluzioni superiori a 12 bit. 
Una correzione pu essere realizzato con l'aggiunta di un sistema di taratura, cosa comune nei complessi ad alta risoluzione. In un sistema a 16 bit occorre, ad esempio, un riferimento a 1 ppm / C nel range di temperatura in cui il dispositivo viene usato, con un punto di riferimento di 25 C. Ad esempio, a 45 C :

ΔV = (1 ppm / C 5V 45 C) = 255V

Questa stessa deriva di temperatura estesa oltre la gamma di temperature industriali sarebbe accettabile per una conversione a 14 bit.

A risoluzioni cos elevate anche il rumore prodotto dalla sorgente della tensione di riferimento acquista importanza. Si possono per ottenere bassissime soglie di rumore (anche 3 uVpp) utilizzando componenti adeguati (ad esempio MAXIM MAX6350), contribuendo per meno di 1 LSB all' errore di misura.

Certamente possibile applicare oversample, medie ed algoritmi di correzione, ma questo incrementa il costo e la complessit del firmware e richiede processori con maggiore capacit di calcolo, come i DSP.

I sistemi integrati hanno diverse tipologie:

 

Shunt con bandgap reference. 

Si possono avere dispositivi con elevata precisione e basso coefficiente di temperatura. La taratura delle resistenze interne rende disponibili numerosi valori di tensione in uscita, mentre sono possibili componenti a tensione aggiustabile o programmabile.

Serie con bandgap.

Analogamente, una cella di riferimento band gap aumenta le caratteristiche di uscita del regolatore serie. Anche qui la tensione in uscita ottenuta con l' aiuto di un partitore.
Un condensatore in parallelo sempre consigliato. 

Anche un costruttore di microcontroller, come Microchip, che dispone di un portfolio di componenti analogici, ha in catalogo dei riferimenti di tensione, l' MCP1525 (2.5V) e MCP1541 (4.096V).

  Sono componenti a costo basso, in package plastico TO-92 o SOT-23 ed hanno una precisione iniziale dell' 1% e una stabilit di 50 ppm, il che li rende adeguati anche in abbinamento con ADC a 10 o 12 bit.

Si tratta di componenti dedicati all' uso con microcontroller, per cui il range di alimentazione mirato per questo impiego.

La versione a 2.5V alimentabile tra 2.7 e 5.5V, il che la rende adeguata per alimentazioni a 3-3.3V.
La versione a 4.096V alimentabile tra 4.3 e 5.5 V.

Altri costruttori realizzano dispositivi similari, come LT146, LT1790, LT6654 di Linear technology.

I vantaggi di questo genere di dispositivi, usati assieme al microcontroller, sono diversi:

  • non richiedono resistenza in serie
  • sono selezionabili in relazione alla tensione di alimentazione del controller
  • hanno basso consumo energetico
  • sono sufficientemente precisi e stabili per conversioni a 12 bit
  • hanno un costo limitato

 


Link ad alcuni costruttori

Esistono poi moltissimi altri dispositivi, di cui impossibile fare un elenco completo.
Ad esempio, per dare una idea dell' ampiezza dell' offerta, ecco una tabella presentata da MAXIM per una lista "abbreviata" dei suoi riferimenti di tensione

Table 2. Abbreviated list of Maxim Voltage References
Part Number Output Voltage (V) Supply Voltage Range (V) Temp. Drift (ppm/C max) Initial Accuracy TA = +25C (% F.S. max) Quiescent Current (mA max) 0.1Hz to 10Hz Noise (VP-P), max (typ) Package Options Temp. Ranges*
MAX6160 Adj.(1.23 to 12.4) 2.7 to 12.6 100 1 100A (15) SOT143, SO E
MAX6120 1.2 2.4 to 11 100 1 70A (10) SOT23, SO E
MAX6520 1.2 2.4 to 12.6 50 1 70A (10) SOT23, SO E
MAX6001 1.25 2.5 to 12.6 100 1 45A 25 SOT23 E
MAX6012 1.25 2.5 to 12.6 20 to 30 0.3 to 0.5 35A 25 SOT23 E
MAX6190 1.25 2.5 to 12.6 5 to 25 0.16 to 0.48 35A 25 SO E
MAX6021 2.048 2.5 to 12.6 20 to 30 0.2 to 0.4 35A 40 SOT23 E
MAX6191 2.048 2.5 to 12.6 5 to 25 0.1 to 0.5 35A 40 SO E
MAX873 2.5 4.5 to 18 7 to 20 0.06 to 0.1 28A (16) DIP, SO C, E
MAX6002 2.5 2.7 to 12.6 100 1 45A 60 SOT23 E
MAX6025 2.5 2.7 to 12.6 20 to 30 0.2 to 0.4 35A 60 SOT23 E
MAX6125 2.5 2.7 to 12.6 50 1 100A (15) SOT23, SO E
MAX6192 2.5 2.7 to 12.6 5 to 25 0.1 to 0.4 35A 60 SO E
MAX6225 2.5 8 to 36 2 to 5 0.04 to 0.1 2.7 (1.5) DIP, SO C, E
MAX6325 2.5 8 to 36 1 to 2.5 0.04 2.7 (1.5) DIP, SO C, E
MAX6003 3 3.2 to 12.6 100 1 45A 75 SOT23 E
MAX6030 3 3.2 to 12.6 20 to 30 0.2 to 0.4 35A 75 SOT23 E
MAX6193 3 3.2 to 12.6 5 to 25 0.07 to 0.33 35A 75 SO E
MAX6004 4.096 4.3 to 12.6 100 1 45A 100 SOT23 E
MAX6041 4.096 4.3 to 12.6 20 to 30 0.2 to 0.4 35A 100 SOT23 E
MAX6141 4.096 4.3 to 12.6 50 1 105A (25) SOT23, SO E
MAX6198 4.096 4.3 to 12.6 5 to 25 0.05 to 0.24 35A 100 SO E
MAX6241 4.096 8 to 36 2 to 5 0.025 to 0.1 2.9 (2.4) DIP, SO C, E
MAX6341 4.096 8 to 36 1 to 2.5 0.025 2.9 (1.5) DIP, SO C, E
MAX6045 4.5 4.7 to 12.6 20 to 30 0.2 to 0.4 35A 110 SOT23 E
MAX6145 4.5 4.7 to 12.6 50 1 105A (30) SOT23, SO E
MAX6194 4.5 4.7 to 12.6 5 to 25 0.04 to 0.22 35A 110 SO E
MAX675 5 8 to 33 12 to 20 0.15 1.4 15 TO-99, DIP, SO C, E
MAX875 5 7 to 18 7 to 20 0.06 to 0.1 0.28 (32) DIP, SO C, E
MAX6005 5 5.2 to 12.6 100 1 45A 120 SOT23 E
MAX6050 5 5.2 to 12.6 20 to 30 0.2 to 0.4 35A 120 SOT23 E
MAX6150 5 5.2 to 12.6 50 1 110A (35) SOT23, SO E
MAX6195 5 5.2 to 12.6 5 to 25 0.04 to 0.2 35A 120 SO E
MAX6250 5 8 to 36 2 to 5 0.02 to 0.1 3 (3) DIP, SO C, E
MAX6350 5 8 to 36 1 to 2.5 0.02 3 (1.5) DIP, SO C, E
REF02 5 8 to 33 8.5 to 250 0.3 to 2 1.4 15 TO-99, DIP, SO C
*Temperature Ranges: C = 0C to +70C, E = -40C to 85C

E la situazione analoga per altri costruttori primari, di cui riportiamo alcuni link:


Microcontroller con Vref interna

Va anche ricordato che alcuni microcontroller dispongono di riferimenti di tensione interni, ad esempio la serie MPS430, con ADC da 10-12 bit
Anche alcuni PIC dispongono di riferimenti interni, utilizzati principalmente per le funzioni di comparazione o per LHVD.
Prodotti recenti, ad esempio 16F1827, hanno un modulo generatore di tensione di riferimento detto FVR (Fixed Voltage Reference) in grado di erogare le tensioni di 1.024V, 2.048V e 4.096V, oltre a un DAC rail-to-rail a 5 bit.


 

 

Copyright afg . Tutti i diritti riservati.
Aggiornato il 16/09/11 .