精密測試設(shè)備依靠精確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，確保所有測量結(jié)果都能準(zhǔn)確地反映受測器件的狀態(tài)。在測試和測量中，任何偏移誤差、增益誤差或有效位數(shù)減少都將對測量結(jié)果產(chǎn)生負(fù)面影響。然而，遺憾的是，在高精度系統(tǒng)中，所有這些誤差都無法完全避免。溫度漂移或長期漂移等問題最終會以增益誤差或偏移誤差的形式表現(xiàn)出來。因此必須進(jìn)行校準(zhǔn)，確保所有測量結(jié)果都是準(zhǔn)確的。
要實(shí)現(xiàn)有效的校準(zhǔn)，必須提供穩(wěn)定不變的電壓電平。通俗地講，可以稱之為“黃金基準(zhǔn)”。模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 或數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 測量這些已知電壓電平時(shí)，可以比較測量結(jié)果并使用任何差值來確定增益誤差和偏移誤差。圖 1 展示了此電路的配置示例。
圖 1：ADC 校準(zhǔn)的電路配置示例
在量化增益誤差和偏移誤差后，軟件可以對這些差值進(jìn)行補(bǔ)償。這種校準(zhǔn)方法對于確保測試應(yīng)用的準(zhǔn)確測量至關(guān)重要，它完全依賴于盡可能保持不變的黃金基準(zhǔn)。當(dāng)然，任何電路都不可能完全不變，因此即使是高精度的電壓基準(zhǔn)，隨著時(shí)間的推移也會出現(xiàn)微小漂移。
埋入式齊納二極管電壓基準(zhǔn)及其在校準(zhǔn)中的重要性
如果黃金基準(zhǔn)隨著時(shí)間發(fā)生變化，整個(gè)系統(tǒng)的精度都會受到影響。影響系統(tǒng)精度的黃金基準(zhǔn)參數(shù)包括長期漂移、溫度漂移和噪聲。
如果選擇的電壓基準(zhǔn)要將表 1 中所列參數(shù)引起的誤差降至最低，則會選擇具有內(nèi)部加熱器的埋入式齊納電壓基準(zhǔn)。埋入式齊納電壓基準(zhǔn)能夠提供在時(shí)間和溫度變化下漂移極小的電壓電平，并具有超低噪聲。TI 的 REF80 就是此類器件的一個(gè)例子。表 1 還包括一些 REF80 性能規(guī)格。
表 1：電壓基準(zhǔn)參數(shù)和 REF80 規(guī)格
0.1Hz 至 10Hz 噪聲和溫度漂移會影響電壓基準(zhǔn)的輸出，從而導(dǎo)致校準(zhǔn)誤差。不過，對于校準(zhǔn)而言，最重要的規(guī)格是長期漂移，因?yàn)樵搮?shù)直接影響整個(gè)系統(tǒng)需要校準(zhǔn)的頻率。
增加半導(dǎo)體測試設(shè)備的系統(tǒng)校準(zhǔn)間隔時(shí)間
在測試和測量設(shè)備中校準(zhǔn) ADC 和 DAC 時(shí)，埋入式齊納電壓基準(zhǔn)有助于確定 ADC 和 DAC 輸出值的偏移程度。盡管埋入式齊納電壓基準(zhǔn)隨時(shí)間變化很小，但在高精度測試設(shè)備中，仍必須考慮輸出電壓的微小變化。許多測試和測量系統(tǒng)需要在幾個(gè)月后校準(zhǔn)黃金基準(zhǔn)，確保依賴于黃金基準(zhǔn)的系統(tǒng)校準(zhǔn)依舊準(zhǔn)確。圖 2 展示了 REF80 的長期漂移。
圖 2：REF80 輸出電壓長期漂移
圖 2 的幾個(gè)重要方面展示了為什么 REF80 非常適合高精度測試和測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)。首先，大多數(shù)輸出電壓漂移發(fā)生在器件運(yùn)行的前 336 小時(shí)（或 14 天）內(nèi)。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)檩敵鲭妷浩品€(wěn)定得越快，校準(zhǔn)需求就越少，這是因?yàn)檩敵鲭妷簬缀醪粫l(fā)生同樣大的漂移。換句話說，長期漂移的降低也會減少所需的校準(zhǔn)次數(shù)。對于自動測試設(shè)備中的參數(shù)測量單元，該結(jié)果尤其重要（請參閱圖 3）。
圖 3：自動測試設(shè)備中的參數(shù)測量單元方框圖
自動測試設(shè)備必須每隔幾個(gè)月后進(jìn)行一次校準(zhǔn)，確保黃金基準(zhǔn)的輸出電壓漂移不會影響測試儀測量的精度。每次校準(zhǔn)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)都必須離線，這會耗費(fèi)時(shí)間和成本。使用 REF80 等埋入式齊納電壓基準(zhǔn)能夠減少校準(zhǔn)所需的時(shí)間和成本。
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