高精度微功耗电压参考芯片

LM4040/4041及其应用 摘要：LM4040/LM4041是Micrel公司生产的新型微功耗高精度电压考虑芯片。它具有高精度和低功耗的特点。可为数据采集系统、测量仪器仪表、过程控制、电源管理、产品检测、汽车电子以及高精度音频设备提供高精度的电压参考。文中介绍了LM4040/LM4041的主要特点、电气参数、内部电路和典型应用。最后给出了一个悬浮式精密电流检测器的应用电路。 关键词：电源 电压参考 高精度 LM4040/LM4041 1 LM4040/4041的主要特点 LM4040/4041是Micrel公司生产的新型微功耗高精度电压参考芯片。它可为电池供电系统、数据采集系统、测量仪器仪表、过程控制、电源管理、产品检测、汽车电子以及高精度音频设备提供高精度的低功耗参考电压。采用表面贴装式小型SOT-23封装形式。其大小仅3×1.3mm。 LM4040可提供2.500V、4.096V和5.000V三种参考电压，而LM4041则有1.225V输出和可调输出两种输出形式。无论是LM4040还是LM4041，它们无有0.1%、0.2%、0.5%和1.0%等多种输出精度的等级可供选择，使用起来十分方便。表1列出了LM4040/4041系列中各型号等级的输出电压、精度和温度漂移系数。 LM4040/4041无需滤波电容即可输出高精度的参考电压，而且可以方便地用来直接驱动任何容性负载。该系列产品的最小工作电流范围在60μA（LM4041-1.2型）到74μA（LM4040-5.0）型之间。而LM4040和LM4041的最大工作电流分别为15mA和12mA。

表1 LM4040/4041系列各型号等级参数 型号规格 输出电压 精 度 温度漂移系数 LM4040AIM3-2.5 2.500V ±0.1% 100ppm/℃ LM4040BIM3-2.5 2.500V ±0.2% 100ppm/℃ LM4040CIM3-2.5 2.500V ±0.5% 100ppm/℃ LM4040DIM3-2.5 2.500V ±1.0% 150ppm/℃ LM4040AIM3-4.1 4.096V ±0.1% 100ppm/℃ LM4040BIM3-4.1 4.096V ±0.2% 100ppm/℃ LM4040CIM3-4.1 4.096V ±0.5% 100ppm/℃ LM4040DIM3-4.1 4.096V ±1.0% 150ppm/℃ LM4040AIM3-5.0 5.000V ±0.1% 100ppm/℃ LM4040BIM3-5.0 5.000V ±0.2% 100ppm/℃ LM4040CIM3-5.0 5.000V ±0.5% 100ppm/℃ LM4040DIM3-5.0 5.000V ±1.0% 150ppm/℃ LM4040AIM3-1.2 1.225V ±0.1% 100ppm/℃ LM4040BIM3-1.2 1.225V ±0.2% 100ppm/℃ LM4040CIM3-1.2 1.225V ±0.5% 100ppm/℃ LM4040DIM3-1.2 1.225V ±1.0% 150ppm/℃ LM4040CIM3-ADJ 1.24V～10V ±0.5% 100ppm/℃ LM4040DIM3-ADJ 1.24V～10V ±1.0% 150ppm/℃ LM4040/4041采用电压式齐纳效应技术，保证了LM4040/4041在25℃时具有±0.1%的精度（A级）。而能隙参考温度修正技术和较低的动态阻抗则保证了器件在电压越限时能够可靠地实现齐纳翻转，同时也拓宽了器件的温度和电流的工作范围。 另外，LM4040/4041高精度电压参考芯片还具有如下特点： ●无需任何输入输出滤波电容； ●可直接驱动容性负载； ●具有1.225V、2.500V、4.096V和5.000V等多种固定电压的输出，并具有多种输出精度等级可供选择。 ●具有可调电压的输出模式； ●温度范围宽； ●采用SOT-23小型表面贴封装形式。 图1所示是LM4040和LM4041电压参考芯片的引脚示意图。 2 主要参数 LM4040/4041高精度电压参考芯片的输出噪声很低，在10～100Hz条件下，LM4040和LM4041芯片的输出电压噪声典型值分别为35μVRMS和20μVRMS；LM4040的工作电流范围为60μA～15mA；而LM4041的工作电流范围为60μA～12mA；可调型LM4041的输出电压范围在1.24～10V之间。以下是LM4040/4041芯片的极限参数： ●逆转电流：20mA； ●正向电流：10mA； ●LM4041的最大可调输出电压：15V； ●功耗（在25℃时）：306mW； ●存储温度：-65℃～+150℃； ●焊接温度：215℃； ●ESD感应：人体模式时：2kV； 机器模式时：200V。 3 内部电路及应用说明 3.1 内部电路 图2是LM4040/4041的内部电路示意图。从图中可以看出：它们的主要区别在于可调输出型是将固定输出型中的两个分压电阻转移到了芯片之外，以便用户自动调节。但由于固定输出型芯片中的两个分压电阻是生产时经过特殊工艺调整和校正的，因而较之于外部分压电阻来说，固定输出型具有更高的精确度。 3.2 典型应用电路 LM4040/4041的应用非常简单。图3是LM4040/4041的典型应用电路，可以看出：LM4040/4041无需任何外部滤波电容即可输出稳定的电压。需要说明的是：固定输出型LM4040/4041内有一个寄存器的肖特基二极管，因此，在使用时应将这些芯片的3脚悬空或接到1脚上。而对于可调输出型LM4041芯片，一般将3脚和电路的负端相连接。 在图3中，连接在电源输入端和电压参考芯片之间的Rs是一个限流电阻，可用来调节电路的负载电流IL和参考电流IQ。在调节Rs时，电路的负载电流和加在LM4040/4041上的电压都将发生变化。当电源电压较小而要求负载电流较大时，Rs应选择得小一些。当电源电压较大而负载电流要求较小时，Rs则应该选得大一些。Rs值大小原则上应使流达LM4040和LM4041上的电流分别小于15mA和12mA为准。具体选择可以用下式进行计算： Rs=(Vs-VR)/(IL+IQ) 式中，Vs为电源电压，VR为LM4040/4041的雪崩击穿电压，IL为负载电流，IQ为参考工作电流。 可调输出型LM4041的输出电压Vo可1.24～10V之间进行调节。其值的大小除与LM4041的内部参考电压有关外，主要取决于LM4041外部的反馈分压电阻R1和R2。Vo与R1和R2的关系如下： Vo=VREF[(R2/R1)+1] 在无特殊情况时，式中的VREF一般取1.24V。 3.3 悬浮式电流检测器 图4所示是采用可调输出型LM4041的悬浮式精密电流检测器的应用电路。图中的D1可选用普通的LED发光二极管。隔离器件选用6引脚的光电藕合器4N28。电路的电源电压为5V.利用该电路可对0～20mA的测量信号进行精密地隔离输出，并可用于将物理量变换为电参量的多种测量系统中。