溫度如何影響電壓基準(zhǔn)的輸出？什么是溫度系數(shù)規(guī)格？
　　電壓基準(zhǔn)產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓，理想情況下獨(dú)立于電源電壓、溫度、負(fù)載和其他外部因素的變化。它們廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、電源、測(cè)量和控制系統(tǒng)。此類系統(tǒng)的精度可能直接受到所采用電壓基準(zhǔn)精度的影響。
　　有多種規(guī)格使我們能夠表征電壓基準(zhǔn)精度的各個(gè)方面。本文著眼于溫度系數(shù) (tempco) 規(guī)范，該規(guī)范描述了電壓基準(zhǔn)輸出中溫度引起的變化。
　　什么是溫度系數(shù)規(guī)格？

　　雖然電壓基準(zhǔn)的輸出在理想情況下應(yīng)獨(dú)立于溫度，但現(xiàn)實(shí)世界的電壓基準(zhǔn)會(huì)表現(xiàn)出溫度引起的輸出變化。下面的圖 1 顯示了LT1021-5的輸出。標(biāo)稱輸出電壓為 5 V，但如您所見，它并不是 100% 與溫度無關(guān)。

　　圖 1.圖片由 Analog Devices 提供。
　　電壓基準(zhǔn)的溫度系數(shù)（或溫度漂移）是表征溫度引起的輸出誤差的指標(biāo)。常見的方法（定義）稱為“盒法”，使用以下方程：

TCVO=Vmax?VminV名義(Tmax?Tmin)×106

　　此方法考慮指定溫度范圍 (T max - T min )內(nèi)的誤差。在此溫度范圍內(nèi)，減去輸出的值和值即可找到輸出的變化 (V max - V min )。輸出變化除以溫度范圍乘以標(biāo)稱輸出值（V標(biāo)稱值）。

　　將結(jié)果乘以 106 以指定溫度系數(shù)，單位為 ppm/°C（百萬分之一 /°C）。下面的圖 2 顯示了 LT1021-5 電壓基準(zhǔn)的輸出電壓上限和下限以及溫度限制。

　　圖2
　　邊界形成一個(gè)盒子，其中盒子對(duì)角線與上述方程給出的溫度系數(shù)成正比。如您所見，V max和V min分別約為5.001 V 和5 V?？紤]到 -50°C 至 125°C 的溫度范圍，我們得到：
　　$$TCV_{O} = \frac{5.001 -5}{5 \big(125 - (-50) \big)} \times 10^{6} = 1.14 \; ppm/^{\circ} C$$
　　根據(jù)數(shù)據(jù)表第 3 頁，LT1021-5 溫度系數(shù)的典型值為 2 ppm/°C。請(qǐng)注意，V max和V min不一定與T max和T min相關(guān)。它們只是確定從 T min到 T max溫度范圍內(nèi)輸出電壓的值和值。
　　漂移曲線：溫度漂移和漂移誤差

　　溫度系數(shù)規(guī)范并未向我們提供溫度引起的變化的形狀?？紤]一個(gè)標(biāo)稱輸出為 5 V、溫度系數(shù)為 1.14 ppm/°C 的電壓基準(zhǔn)。我們看到 LT1021-5 具有這些規(guī)格（圖 1）；然而，我們可以設(shè)想具有這些規(guī)格的無數(shù)電壓基準(zhǔn)。圖 3 和圖 4 顯示了兩個(gè)假設(shè)示例。

　　圖3

　　圖4
　　溫度系數(shù)規(guī)格的單位 (ppm/°C) 可能會(huì)誤導(dǎo)我們錯(cuò)誤的想法，即誤差是線性的，這意味著如果我們將溫度提高 1°C，輸出電壓將改變 1 ppm。然而，我們看到溫度系數(shù)的定義方式并沒有給我們提供任何有關(guān)變化形狀的信息。它只給出了在指定溫度范圍內(nèi)我們可以預(yù)期的變化。
　　由于誤差不是線性的，一些制造商給出了器件在多個(gè)溫度范圍內(nèi)的溫度系數(shù)。例如，MAX6025A被指定為-40°C至+85°C范圍內(nèi)的20 ppm/°C器件。然而，在 0°C 至 +70°C 范圍內(nèi)，其溫度系數(shù)為 15 ppm/°C。因此，根據(jù)應(yīng)用的工作溫度范圍，我們可以將 MAX6025A 視為 20 ppm/°C 或 15 ppm/°C 器件。請(qǐng)注意，溫度系數(shù)是在指定的溫度范圍內(nèi)給出的。我們可以用它來估計(jì)指定范圍內(nèi)的誤差。除非很好地理解給定設(shè)備的溫度行為，否則估計(jì)超出指定范圍的誤差是不可取的。
　　如何計(jì)算溫度系數(shù)
　　讓我們看看如何確定系統(tǒng)所需的溫度系數(shù)。例如，假設(shè)我們有一個(gè) 10 位 ADC，并且參考電壓用于設(shè)置 ADC 滿量程值。假設(shè)我們希望溫度引起的誤差小于系統(tǒng) LSB 的一半。
　　如果我們假設(shè)參考電壓的標(biāo)稱輸出為V FS，則 10 位系統(tǒng)的 LSB 將為
在 -25°C 至 75°C 的溫度范圍內(nèi)，我們得到：
　　$$TCV_{O} = \frac{\frac{V_{FS}}{2^{11}}}{V_{FS} \big(75 - (-25) \big)} \times 10^{6 } = 4.88 \; ppm/^{\circ} C$$
　　因此，我們需要一個(gè)溫度系數(shù)低于 4.88 ppm/°C 的電壓基準(zhǔn)。對(duì)于上述計(jì)算，我們僅旨在滿足一個(gè)條件：將參考電壓的總變化保持在LSB的一半以下。當(dāng)溫度系數(shù)為 4.88 ppm/°C 時(shí)，我們知道參考電壓的總變化小??于 LSB 的一半。關(guān)于參考電壓的我們可以得出什么結(jié)論？我們可以考慮兩種極端情況：
　　參考電壓的值是其標(biāo)稱值(V FS )，其值是V FS + 0.5 LSB。在這種情況下，變化形狀類似于圖 3 所示。
　　參考電壓的值為其標(biāo)稱值(V FS )，其值為V FS - 0.5 LSB。此情況與圖 4 中所示的情況類似。
　　正如您所看到的，4.88 ppm/°C 的溫度系數(shù)可保證變化小于 LSB 的一半（無論變化的形狀如何）。然而，根據(jù)給定器件的電壓漂移特性，可以在 V FS - 0.5 LSB 到 V FS + 0.5 LSB 之間。因此，如果特定應(yīng)用要求將保持在 LSB 的一半以下，我們可以簡單地選擇一個(gè)將變化保持在 1/4 LSB 以下的電壓基準(zhǔn)。漂移越低，產(chǎn)品的成本就越高。因此，我們需要仔細(xì)考慮設(shè)計(jì)需求，避免過度設(shè)計(jì)。

　　此外，請(qǐng)注意圖 3 和圖 4 描述了假設(shè)的電壓漂移特性。許多實(shí)用電壓基準(zhǔn)，尤其是補(bǔ)償帶隙器件，都具有 S 形曲線（見圖 5）。

　　圖 5圖片由Analog Devices提供。