Regolatori con bandgap reference
Un' altra tecnologia interessante fa uso di bandgap reference.
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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 è 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 è il basso consumo di
corrente.
In ogni caso, la deriva in temperatura è un parametro molto importante per risoluzioni
superiori a 12 bit.
Una correzione può 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) = 255µV.
Questa stessa deriva di temperatura estesa oltre la gamma di temperature
industriali sarebbe accettabile per una conversione a 14 bit.
A risoluzioni così elevate anche il rumore prodotto dalla sorgente della
tensione di riferimento acquista importanza. Si possono però 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 è possibile applicare oversample, medie ed algoritmi di
correzione, ma questo incrementa il costo e la complessità del firmware e
richiede processori con maggiore capacità di calcolo, come i DSP.
I sistemi integrati hanno diverse tipologie:
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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 è ottenuta con l' aiuto di un partitore.
Un condensatore in parallelo è 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).
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Sono componenti a costo basso, in package plastico TO-92 o SOT-23 ed
hanno una precisione iniziale dell' 1% e una stabilità 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 è mirato per questo impiego.
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La versione a 2.5V è alimentabile tra 2.7 e 5.5V, il che la rende
adeguata per alimentazioni a 3-3.3V.
La versione a 4.096V è 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 è 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 = +25°C (% F.S. max) |
Quiescent
Current (mA max) |
0.1Hz
to 10Hz Noise (µVP-P), max (typ) |
Package
Options |
Temp.
Ranges* |
| MAX6160 |
Adj.(1.23 to 12.4) |
2.7 to 12.6 |
100 |
1 |
100µA |
(15) |
SOT143, SO |
E |
| MAX6120 |
1.2 |
2.4 to 11 |
100 |
1 |
70µA |
(10) |
SOT23, SO |
E |
| MAX6520 |
1.2 |
2.4 to 12.6 |
50 |
1 |
70µA |
(10) |
SOT23, SO |
E |
| MAX6001 |
1.25 |
2.5 to 12.6 |
100 |
1 |
45µA |
25 |
SOT23 |
E |
| MAX6012 |
1.25 |
2.5 to 12.6 |
20 to 30 |
0.3 to 0.5 |
35µA |
25 |
SOT23 |
E |
| MAX6190 |
1.25 |
2.5 to 12.6 |
5 to 25 |
0.16 to 0.48 |
35µA |
25 |
SO |
E |
| MAX6021 |
2.048 |
2.5 to 12.6 |
20 to 30 |
0.2 to 0.4 |
35µA |
40 |
SOT23 |
E |
| MAX6191 |
2.048 |
2.5 to 12.6 |
5 to 25 |
0.1 to 0.5 |
35µA |
40 |
SO |
E |
| MAX873 |
2.5 |
4.5 to 18 |
7 to 20 |
0.06 to 0.1 |
28µA |
(16) |
DIP, SO |
C, E |
| MAX6002 |
2.5 |
2.7 to 12.6 |
100 |
1 |
45µA |
60 |
SOT23 |
E |
| MAX6025 |
2.5 |
2.7 to 12.6 |
20 to 30 |
0.2 to 0.4 |
35µA |
60 |
SOT23 |
E |
| MAX6125 |
2.5 |
2.7 to 12.6 |
50 |
1 |
100µA |
(15) |
SOT23, SO |
E |
| MAX6192 |
2.5 |
2.7 to 12.6 |
5 to 25 |
0.1 to 0.4 |
35µA |
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 |
45µA |
75 |
SOT23 |
E |
| MAX6030 |
3 |
3.2 to 12.6 |
20 to 30 |
0.2 to 0.4 |
35µA |
75 |
SOT23 |
E |
| MAX6193 |
3 |
3.2 to 12.6 |
5 to 25 |
0.07 to 0.33 |
35µA |
75 |
SO |
E |
| MAX6004 |
4.096 |
4.3 to 12.6 |
100 |
1 |
45µA |
100 |
SOT23 |
E |
| MAX6041 |
4.096 |
4.3 to 12.6 |
20 to 30 |
0.2 to 0.4 |
35µA |
100 |
SOT23 |
E |
| MAX6141 |
4.096 |
4.3 to 12.6 |
50 |
1 |
105µA |
(25) |
SOT23, SO |
E |
| MAX6198 |
4.096 |
4.3 to 12.6 |
5 to 25 |
0.05 to 0.24 |
35µA |
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 |
35µA |
110 |
SOT23 |
E |
| MAX6145 |
4.5 |
4.7 to 12.6 |
50 |
1 |
105µA |
(30) |
SOT23, SO |
E |
| MAX6194 |
4.5 |
4.7 to 12.6 |
5 to 25 |
0.04 to 0.22 |
35µA |
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 |
45µA |
120 |
SOT23 |
E |
| MAX6050 |
5 |
5.2 to 12.6 |
20 to 30 |
0.2 to 0.4 |
35µA |
120 |
SOT23 |
E |
| MAX6150 |
5 |
5.2 to 12.6 |
50 |
1 |
110µA |
(35) |
SOT23, SO |
E |
| MAX6195 |
5 |
5.2 to 12.6 |
5 to 25 |
0.04 to 0.2 |
35µA |
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 = 0°C to +70°C, E = -40°C to 85°CE
la situazione è 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.
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