可以多看看油管marco reps的视频,有很多精密基准制作相关的
我打算制作一个LM399的10V基准,目标有四个
- 尽可能高的长期稳定性(15ppm/年)
- 低成本
- 准确的10.00000V输出
- 电阻和运放等器件易于购买,且货源有保障
和大家探讨一下电路设计的细节,核心是7V升10V的器件选型及可调电路,以及权衡成本和性能的设计
主要参考了3个方案,分别来自Agilent 34401A,djerickson和LM399数据手册。下面一一对比分析,然后提出我的方案
安捷伦Agilent 34401A的方案
使用了自举技术(bootstrapping ),基本思想是利用LM399自身的稳压,经过运放升压后,通过一个限流电阻R409给LM399供电,形成一个闭环
最大的好处是降低了限流电阻R409的要求,温度系数100ppm的电阻对LM399稳压值的影响只有0.1ppm(估算值。原来仔细算过,数量级应该是相近的)
缺点是不能输出整10.00000V
djerickson的方案
也使用了自举技术,他的亮点在于精细可调电路,可以微调到10.00000V。既实现可调,又显著降低了可调电位器可能因接触、震动和温度变化造成的分压比的变化,所带来的放大倍数的影响
这部分可以用matlab符号函数方法得到精确的影响程度
LM399数据手册的方案
个人觉得稳定性不如自举,因为15V电源的变化会显著影响稳压值。对于15ppm的设计指标来说无法接受
运放的选型,34401A使用AD706,djerickson使用LT1012
个人认为这个升压运放主要看长期稳定性和温度漂移,输入偏置电流尽可能小(减小可能存在的漂移,对放大倍数的影响)
AD706的失调电压温漂是1.5uV max,0.3uV/月,输入偏置电流200pA max
LT1012的失调电压温漂是0.6uV max,0.3uV/月,输入偏置电流100pA max
可以看到LT1012优于AD706
但是LT1012的正品新货不容易买到(100元左右),我找到一款替代品OPA188,10元左右
OPA188的失调电压温漂是0.085uV max,时漂4uV,输入偏置电流1400pA max
其中温漂非常优秀,但是时漂较大。其中一个原因,我认为是**测试方法不同导致的**,ADI的方法是在25度下测一个月,而TI是在125度下测1000个小时(41天)
由于失调电压随着温度的提高而增大,如图。125度条件下失调电压的漂移远大于25度,因此不能说明OPA188的长期漂移比LT1012糟糕,还需要进一步验证
输入偏置电流在室内环境下,根据图表,目测在200pA附近,并且根据手册指标,高于LT1012的100pA max
总之,OPA188有价格和温漂的优势,时漂不确定,但估计在同档水平。虽然输入偏置电流略大,但真正重要的是偏置电流的漂移,目前没有数据显示这方面弱于LT1012
因此,我认为OPA188是值得尝试的,甚至有可能获得比LT1012更好的表现
关于电阻,考虑到拆机的5ppm电阻来源不可靠,和成本因素,我打算用10PPM 0805的贴片电阻做升压的反馈网络,然后可调的部分用常见的100ppm的3296精密多圈可调电位器
附录:原理图简述
综合上述方案,我设计了如下电路
- LM399电流设置为2mA(34401A也为2mA,参考经典设计)
- R13可选择25ppm 0805 0.1%贴片电阻
- R1-R4 R5-R8两部分电阻分别构成同相放大电路的两个反馈电阻,可以灵活地调整,使输出在10V附近
- R9和VR1为微调部分,R10 R11为0欧姆跳线,若断开,则取消可调部分而不用拆焊电位器
成本方面,参考价格(2022.9):LM399全新90元,拆机45元,OPA188 10元,5ppm 0805电阻2元一颗,25ppm 0805电阻 0.2元一颗
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早先做的LM399验证板,电路不同
最后,想听听大家的意见,比如电路的优化,PCB布局,屏蔽,更好的器件选型,采购渠道之类的
说的不对的地方请指正,本贴长期关注,我们一起完善电路
有基准表用来标定就好办:
调节可以大胆用普通多圈电位器,只要让电位器影响因子足够小就行。
例如10k电位器调节信号范围是0-10V,但是对输出影响只有50ppm,这样电位器的老化、温飘什么的就不是事了
我是新人,真心希望楼主能出个套件。出不了套件,多出几套pcb板也行。因超低温漂的贴片电阻并不都那么好买,视频PCB板上能不能考虑一下低温漂分立元件的预设置插孔?
另外请教一下楼主,您这个电路能不能直接用在adr1399上?能的话,据说噪音比lm399可以降低十倍。如改的话,您看如何把基准的齐纳电流调到3mA ?
15ppm每年做不到吧,刚刚看了下手册,手册上说是8ppm每根号(千小时)。40天8ppm,160天16ppm,冒了
。
这可能也是官方电路用外置15V和5%偏置电阻的原因。这个随随便便的电路会导致偏置电流变化大概0.1mA,查曲线会带来0.05-0.1mV的deltaV。相对7V来说,是10ppm,小于远期温飘。所以厂家就在这个地方凑合了。