温度如何影响电压基准的输出？什么是温度系数规格？
电压基准产生稳定的电压，理想情况下独立于
电源电压、温度、负载和其他外部因素的变化。它们广泛应用于数据
转换器、电源、测量和
控制系统。此类系统的精度可能直接受到所采用电压基准精度的影响。
有多种规格使我们能够表征电压基准精度的各个方面。本文着眼于温度系数 (tempco) 规范，该规范描述了电压基准输出中温度引起的变化。
什么是温度系数规格？
虽然电压基准的输出在理想情况下应独立于温度，但现实世界的电压基准会表现出温度引起的输出变化。下面的图 1 显示了LT1021-5的输出。标称输出电压为 5 V，但如您所见，它并不是 100% 与温度无关。
图 1.图片由 Analog Devices 提供。
电压基准的温度系数（或温度漂移）是表征温度引起的输出误差的指标。常见的方法（定义）称为“盒法”，使用以下方程：
TCVO=Vmax?VminV名义(Tmax?Tmin)×106
此方法考虑指定温度范围 (T max - T min )内的误差。在此温度范围内，减去输出的值和值即可找到输出的变化 (V max - V min )。输出变化除以温度范围乘以标称输出值（V标称值）。
将结果乘以 106 以指定温度系数，单位为 ppm/°C（百万分之一 /°C）。下面的图 2 显示了 LT1021-5 电压基准的输出电压上限和下限以及温度限制。
图2
边界形成一个盒子，其中盒子对角线与上述方程给出的温度系数成正比。如您所见，V max和V min分别约为5.001 V 和5 V。考虑到 -50°C 至 125°C 的温度范围，我们得到：
$$TCV_{O} = \frac{5.001 -5}{5 \big(125 - (-50) \big)} \times 10^{6} = 1.14 \; ppm/^{\circ} C$$
根据数据表第 3 页，LT1021-5 温度系数的典型值为 2 ppm/°C。请注意，V max和V min不一定与T max和T min相关。它们只是确定从 T min到 T max温度范围内输出电压的值和值。
漂移曲线：温度漂移和漂移误差
温度系数规范并未向我们提供温度引起的变化的形状。考虑一个标称输出为 5 V、温度系数为 1.14 ppm/°C 的电压基准。我们看到 LT1021-5 具有这些规格（图 1）；然而，我们可以设想具有这些规格的无数电压基准。图 3 和图 4 显示了两个假设示例。
图3
图4
温度系数规格的单位 (ppm/°C) 可能会误导我们错误的想法，即误差是线性的，这意味着如果我们将温度提高 1°C，输出电压将改变 1 ppm。然而，我们看到温度系数的定义方式并没有给我们提供任何有关变化形状的信息。它只给出了在指定温度范围内我们可以预期的变化。
由于误差不是线性的，一些制造商给出了器件在多个温度范围内的温度系数。例如，MAX6025A被指定为-40°C至+85°C范围内的20 ppm/°C器件。然而，在 0°C 至 +70°C 范围内，其温度系数为 15 ppm/°C。因此，根据应用的工作温度范围，我们可以将 MAX6025A 视为 20 ppm/°C 或 15 ppm/°C 器件。请注意，温度系数是在指定的温度范围内给出的。我们可以用它来估计指定范围内的误差。除非很好地理解给定设备的温度行为，否则估计超出指定范围的误差是不可取的。
如何计算温度系数
让我们看看如何确定系统所需的温度系数。例如，假设我们有一个 10 位 ADC，并且参考电压用于设置 ADC 满量程值。假设我们希望温度引起的误差小于系统 LSB 的一半。
如果我们假设参考电压的标称输出为V FS，则 10 位系统的 LSB 将为
在 -25°C 至 75°C 的温度范围内，我们得到：
$$TCV_{O} = \frac{\frac{V_{FS}}{2^{11}}}{V_{FS} \big(75 - (-25) \big)} \times 10^{6 } = 4.88 \; ppm/^{\circ} C$$
因此，我们需要一个温度系数低于 4.88 ppm/°C 的电压基准。对于上述计算，我们仅旨在满足一个条件：将参考电压的总变化保持在LSB的一半以下。当温度系数为 4.88 ppm/°C 时，我们知道参考电压的总变化小??于 LSB 的一半。关于参考电压的我们可以得出什么结论？我们可以考虑两种极端情况：
参考电压的值是其标称值(V FS )，其值是V FS + 0.5 LSB。在这种情况下，变化形状类似于图 3 所示。
参考电压的值为其标称值(V FS )，其值为V FS - 0.5 LSB。此情况与图 4 中所示的情况类似。
正如您所看到的，4.88 ppm/°C 的温度系数可保证变化小于 LSB 的一半（无论变化的形状如何）。然而，根据给定器件的电压漂移特性，可以在 V FS - 0.5 LSB 到 V FS + 0.5 LSB 之间。因此，如果特定应用要求将保持在 LSB 的一半以下，我们可以简单地选择一个将变化保持在 1/4 LSB 以下的电压基准。漂移越低，产品的成本就越高。因此，我们需要仔细考虑设计需求，避免过度设计。
此外，请注意图 3 和图 4 描述了假设的电压漂移特性。许多实用电压基准，尤其是补偿带隙器件，都具有 S 形曲线（见图 5）。
图 5图片由Analog Devices提供。
