對電壓參考進(jìn)行濾波以獲得低噪聲性能

　　輸出電壓相對于電壓參考的短期變化即為噪聲。參考電壓噪聲一般發(fā)生在以下兩個(gè)頻段：短期噪聲在0.1Hz~10Hz，寬帶噪聲在10Hz~1kHz。由于噪聲電壓一般與參考電壓成正比，故常用每百萬(wàn)分之一 (ppm) 來(lái)表示噪聲，并借此使每百萬(wàn)分之一值恒定。能隙（或帶隙）電壓參考具有介于3ppm~16ppm之間的噪聲電壓，但埋入式齊納電壓參考的噪聲更低，介于0.1ppm~0.5ppm之間。噪聲隨參考電流的增加而減小，但增加參考電流并不是大多數電壓參考的選項。因此，改進(jìn)噪聲性能的有效途徑是采用外部噪聲濾波器。濾波器可有效地減少噪聲：噪聲帶寬減少100倍可使噪聲減少10倍。

　　圖1a所示電路給出了一種典型的電壓參考濾波器，其中負載電流流過(guò)R₁，在R₁上產(chǎn)生壓降。R₁C₁提供濾波功能，但R₁上壓降所導致的調整損失要求使用一個(gè)額外的緩沖器（圖1b）。緩沖器最多可將流過(guò)R₁的電流減小至1 nA。當用戶(hù)能用50Ω的R₁及一個(gè)陶瓷電容來(lái)進(jìn)行噪聲濾波時(shí)，R₁上的壓降為0.05mV，可忽略不計。當C₁為陶瓷電容且假設低頻截斷點(diǎn)足以獲得所需性能時(shí)，則采用圖1所示的電路。由于緩沖器也會(huì )給參考電壓帶來(lái)噪聲，故將其配置成帶有可消除其內部噪聲截斷點(diǎn)的低通濾波器。

　　當濾波器的-3dB截斷點(diǎn)較低時(shí)，此電路配置會(huì )有一些問(wèn)題。由于其壓降限制了參考電壓的精度，因此不能無(wú)限制地增加R₁。您不能使用陶瓷電容，因為其容積效率有限，故應選擇一個(gè)鉭或鋁電解電容。但此類(lèi)電容又具有明顯的泄漏電流（為其工作電壓與溫度的函數），因此電容泄漏電流I_CL會(huì )流過(guò)R₁而造成可破壞調整效果的壓降。

　　圖2 所示電路可解決此電阻問(wèn)題。將R₁包括進(jìn)反饋回路中，可通過(guò)除以大約134 dB的運放增益而減小R₁上壓降所產(chǎn)生的影響。這樣，電容泄漏電流的作用即可忽略不計。R₁上壓降從輸出電壓擺幅中扣除，但如果負載電流小于10 mA的運放輸出電流能力，則壓降小于0.5V。由運放偏置電流所造成的R₂兩端的壓降非常關(guān)鍵，因為它會(huì )增加參考電壓的誤差。當R₂為2 kΩ時(shí)，其壓降為2mV（1nA輸入偏置電流）；如果此壓降太大，則減小R₂值。

　　濾波器位于運放輸出端，因此-3dB截斷點(diǎn)為1/2pR₁C₁的低通濾波器可減小電壓參考及運放的噪聲。R₂C₂網(wǎng)絡(luò )通過(guò)在波特圖上增加一個(gè)零點(diǎn)來(lái)確保穩定性。R₂C₂網(wǎng)絡(luò )可引起噪聲增益尖峰，因此用戶(hù)應通過(guò)保持R₂C₂=2R₁C₁關(guān)系來(lái)減小放大器噪聲增益尖峰。C_1A可以是一個(gè)自諧振頻率較低的鋁電解電容；因此，可將陶瓷電介質(zhì)電容C_1B與C_1A并聯(lián)以保持較低的總電抗。只要保持峰值關(guān)系，此濾波器即可驅動(dòng)高電容值負載（將負載認為是C₁的一部分）。