電路功能與優(yōu)勢
從正基準電壓產(chǎn)生負基準電壓的傳統(tǒng)方法只用反相運算放大器，這種方法需用兩個精密匹配的電阻,。如果匹配有誤差，則最終輸出也會產(chǎn)生誤差,。利用本文所述電路,，無需用精密電阻即可產(chǎn)生一個負精密基準電壓，從而以更少的元件提供更高的精度,。
電路描述
該電路采用1.25 V高精度串行基準電壓源ADR127和低噪聲,、低失真,、低失調(diào)電壓運算放大器AD8603。ADR127提供高精度1.25 V輸出,。AD8603是理想的互補產(chǎn)品,，功耗極低，具有出色的電源抑制比(PSRR),，并且能采用低至1.8 V的電源電壓工作,。本電路中，容許的最低電源電壓為3 V ( ±1.5 V),，使基準電壓源和運算放大器均保持足夠的裕量,。
請注意，基準電壓源ADR127為浮地的,，其輸入連至+VDD電源,，輸出連至AD8603的反相輸入（通過1 kΩ隔離電阻），GND引腳則連至AD8603的輸出,。（如果ADR127 GND引腳連至實際電路板的接地層,，則該電路將不能正常工作。）在此配置中,，ADR127充當1.25 V電壓源,，連接在運算放大器的反饋環(huán)路內(nèi)。負反饋迫使運算放大器輸出–1.25 V電壓,。運算放大器的輸入失調(diào)電壓引起的誤差以及基準電壓源本身引起的誤差構成輸出電壓的全部誤差,。流經(jīng)1 kΩ電阻的偏置電流所引起的誤差可忽略不計，因為運算放大器為CMOS,，其輸入偏置電流極低,。因此，如果負電源電壓接近基準電壓輸出,，則所選的運算放大器必須具有低失調(diào)電壓和軌到軌輸出,。
圖1.可產(chǎn)生負1.25 V基準電壓的電路
為使本電路正常工作，必須考慮與基準電壓源和運算放大器相關的裕量問題,。VDD電源電壓必須足夠大才能滿足基準電壓源的裕量要求,。ADR127要求電源電壓裕量至少為1.45 V (VIN – VOUT)，因此VDD至少應為1.5 V（提供50 mV裕量）,。對負電源的要求取決于運算放大器輸出級的裕量要求,。AD8603具有軌到軌輸出級，但即便如此,，本電路也應當至少提供數(shù)百毫伏的輸出裕量,。AD8603必須輸出–1.25 V，因此至少應使用–1.5 V的VSS，以提供250 mV輸出裕量,。只要裕量要求得到滿足,，則可以使用±1.5 V至±2.5 V范圍內(nèi)的任何電源電壓。AD8603的額定電源電壓為5 V,，絕對最大電源電壓為6 V或±3 V（使用對稱電源時）,。
0.1 μF電容對其輸入與輸出引腳之間的基準電壓源進行去耦。1 kΩ電阻將該電容與運算放大器的反相輸入隔離,。應將一個0.1 μF低電感陶瓷去耦電容（圖中未顯示）與VDD相連,，并使其非常靠近這兩個IC,。多數(shù)情況下,，運算放大器的最終輸出(–VREF)將被深度去耦，這就要求所選的運算放大器在處理較大的容性負載時必須保持穩(wěn)定,。典型的去耦網(wǎng)絡由一個1 μF至10 μF電解電容和一個0.1 μF低電感陶瓷MLCC型電容并聯(lián)構成,。
常見變化
經(jīng)驗證，采用圖中所示的元件值,，該電路能夠穩(wěn)定地工作,，并具有良好的精度,。此配置還可以采用ADI公司的其它基準電壓源和精密運算放大器,，形成具有其它合適值的負基準電壓。
選擇基準電壓源與放大器組合時,，切勿違背基準電壓源的電源電壓裕量要求(VIN – VOUT),。由于基準電壓VOUT = 0，因此+VDD的最小值必須等于或大于電源電壓裕量,。例如,，要利用5 V精密基準電壓源ADR365產(chǎn)生–5 V基準電壓，+VDD至少應為5.3 V,，因為ADR365的電源電壓裕量要求為300 mV,。放大器必須在其輸出端提供–5 V輸出，因此對于本例,，16 V,、低噪聲、精密,、軌到軌運算放大器AD8663將是明智的選擇,。VSS應設置為–5.5 V（提供0.5 V負輸出裕量），因為AD8663的電源電壓范圍為16 V,，VDD可以為5.3 V至10.5 V范圍內(nèi)的任何值,。多數(shù)情況下，電源是對稱的，因此VDD = +5.5 V且VSS = –5.5 V將是不錯的選擇,。
ADR121與適合的運算放大器一起使用,，可以產(chǎn)生–2.5 V基準電壓。由于運算放大器必須輸出–2.5 V電壓,，因此至少應使用–2.8 V的VSS（假設存在軌到軌輸出級）,。VDD至少必須為+0.3 V，才能滿足ADR121的最小VIN – VOUT要求,。如果使用AD8603,，則VDD不應高于+2.2 V，使AD8603的總電源電壓不超過5 V,。如果要求用對稱的2.8 V電源或更高電源（例如±5 V）,，則必須選用電源電壓更高的運算放大器。
進一步閱讀
Jung, Walter G. 2002. Op Amp Applications. Analog Devices. ISBN 0916550265. Chapter 7. Also available as Op Amp Applications Handbook. Elsevier/Newnes. 2005. ISBN 0750678445. Chapter 7, http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/39-05/op_amp_applications_handbook.html.
Kester, Walt. 2004. Analog-Digital Conversion. Analog Devices. ISBN 0916550273. Chapter 9. Also available as The Data Conversion Handbook. Elsevier/Newnes. 2005. ISBN 0750678410, Chapter 9, http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/39-6/data_ conversion_handbook.html.
Zumbahlen, Hank. 2006. Basic Linear Design. Analog Devices. ISBN 0915550281. Chapter 11. Also available as Linear Circuit Design Handbook. Elsevier-Newnes, 2008, ISBN 0750687037, Chapter 11, http://www.elsevierdirect.com/product.jsp?isbn=9780750687034&ref=CWS1.
數(shù)據(jù)手冊和評估板
ADR127 Data Sheet. http://www.analog.com/zh/ADR127/productsearch.html.
AD8603 Data Sheet. http://www.analog.com/zh/AD8603/productsearch.html.
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Updated Format ................................................................ Universal
10/08—Revision 0: Initial Version