微小容差检测系统中基准源的设计与应用

陈禹竺,汪龙祺,于 涛,隋延林,陈泳锟,刘 鑫,薛 科

(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春 130000)

0 引言

高精度数据采集系统在各领域内应用广泛,它将决定系统所能达到的最终检测指标。用于微小容差检测的传感电路需要在测量频带10-4～1 Hz内,对fF级容差进行精确测量,并在时频域上具备μV级别的电路噪声的测试能力,这也就对其数据采集系统提出了极高的要求。AD7779、AD7712等∑-Δ架构的模数转换芯片在高精度采集系统中应用广泛,其中AD7712是24位的模数转换芯片,因其具有较好的动态响应与较高的采集精度从而得到大量应用。以AD7712为例,结合指标要求,在AD7712 ±2.5 V的测量范围内,需要对应电容传感共计±120 pF容差变化量程,电路整体增益需小于20 μV/fF。而由于AD7712其自身内部电压基准在时域上存在30 μV的电压波动,因此难以满足微小容差检测系统中对fF级容差变化的读出,以及传感电路在10-4～1 Hz 频带内μV级本底噪声的检测需求。本文设计一种高稳定的外部基准源用以替代AD7712内部基准,以提高系统数据采集精度,满足系统要求,为分析测试微小容差检测传感电路的低频噪声特性及提高电容传感分辨率提供必要条件[1]。

1 基准源的分类与选型应用

根据基准源的实现原理,电压基准源共分4种,分别为齐纳二极管基准源、带隙基准源、掩埋式基准源、和XFET基准源[2-3]。

齐纳二极管基准源由稳压二极管和普通二极管组成,工作时稳压管反向击穿,处于雪崩状态,此时电压具有正温度系数与正向导通的二极管的负温度系数相抵消,即可得到与温度无关的稳定电压。……