实现高精度数据采集与转换，基准电压源很关键

数字信号处理可提供经济高效的方式来正确分配信息，例如带宽或容量。考虑一个由接收路径和发送路径来组成的非常基本的数字收发器设计，在接收路径中，代表某种信息元素的连续模拟信号在确定的时间点被捕获，此信号可以表示为随时间变化的电压摆幅，转换步骤当然也是将电压摆幅转换为数字表示，对所得到的数字表示或代码可以进行处理，以提取该信号中的信息内容。根据该信息的特征可以做出某些判断，例如将该信息路由到另一个网络节点，或在特定时间对收发器进行某种操作，发送完全相反的路径，信息需要传送到实际设备。数模转换器产生一个模拟输出，将该输出对应于数字输入信号相对于固定基准值的相对值，其最基本的形式是由下图所示的关系确定。

从数字域到模拟域的转换的关键要素是一系列有限离散值，现在由一个模拟变量表示，这会导致量化不确定性。一个基准量，要么电压要么电流被精确地分割为一些二进制和/或线性分段，数字输入驱动开关将适当数量的分段连接到输出，数字输入可以通过不同形式提供，例如晶体管对晶体管逻辑(TTL)、互补金属氧化物半导体(CMOS)或低压差分信号(LVDS)。

DAC通常需要配套产品，例如基准电压源以及对基准输入引脚和DAC输出的缓冲。在精密DAC中，基准电压性能对于DAC整体性能至关重要，因为基准电压源的误差会反映在DAC的输出中。在任何混合信号系统中，基准电压源都是最重要的部分，因为它的任何变化都会影响系统中的所有其他部分。如果基准电流不稳定，某些基准电压源会漂移，DAC基准电流的变化会影响基准电压。

选择基准电压源时，需要考虑的主要规格有：噪声温度漂移绝对误差（尽管这可以通过校准轻松消除）和长期稳定性，可以采用并联多个基准源之类的技术来减小噪声和时间漂移。DAC常常包含片内基准电压源和/或片内基准电压缓冲器，如果DAC没有片内基准电压源或片内基准电压缓冲器，那么可能需要缓冲输入基准电压引脚，DAC数据手册会提供输入阻抗规格，以便用户可以计算。使用此值时，基准电压源能否提供足够的电流，这会变得复杂，因为某些DAC结构（例如电压模式R-2R DAC）的输入阻抗，随着应用于DAC的数字码的不同而有很大变化，这种情况下就需要缓冲外部基准电压，DAC的基准电压缓冲器应为低噪声、低偏置误差放大器，因为基准电压缓冲器的偏置误差会变为DAC输出端的增益误差。

如前所述，电压DAC的基准电压缓冲器应为低噪声、低偏置误差放大器，因为基准电压缓冲器的偏置误差会变为DAC输出端的增益误差，选择DAC输出端的缓冲器时，可以优化放大器以适应应用，需要考虑多个因素，要求更快的建立时间还是更高的带宽？或者要求更高的精度和更低的噪声？成本、封装、尺寸和通道数也要考虑。一般而言，DAC开关的建立速度很快，因此，DAC电路的压摆率和建立时间主要由输出放大器决定，输出缓冲器一般要求低偏置电流、低偏置误差和足够的裕量。

在精度是一项关键要求的应用中，输出缓冲器还要求低噪声，而在需要较高速度的应用中，应当选择具有较快建立时间、较快压摆率和较高带宽的运算放大器。归根结底，选择何种放大器取决于应用。

再看一款包含片内缓冲的产品示例。这是亚德诺半导体（ADI）公司的AD5754R系列四通道DAC的框图，既有片内基准电压缓冲、又有片内输出缓冲，内部2.5V基准电压在片内进行缓冲，因此无需外部缓冲。此处显示的输出缓冲器附带满量程可调节电路，它提供多个用户可配置的范围，包括单极性和双极性。AD5754R易于使用，是一款可立即用于构建系统的单芯片解决方案，消除了许多支持电路，包括这些实现方案所需的缓冲和增益元件，因此它是一个完整的单封装解决方案，它提供可预测的额定精度和性能，可减少系统设计时间，简化PCB的布局。

本文小结：

基准电压源有很多形式并提供不同的特性，但归根结底，精度和稳定性是基准电压源最重要的特性，因为其主要作用是提供一个已知输出电压。相对于该已知值的变化是误差，基准电压源规格通常使用下述定义来预测其在某些条件下的不确定性：初始精度、温度漂、长期稳定性。

电压基准源一般用于ADC、DAC和其他模拟电路精确的参考电压设定，以及传感器的偏置设定、元器件/系统供电或驱动，以及虚拟地设置。基准电压源只是一个电路或电路元件，可产生稳定、精确直流电压。如果产品需要采集真实世界的相关信息，例如电池电压或电流、功耗、信号大小或特性、故障识别等，那么必须将相关信号与一个标准进行比较。