纳芯微的NSREF30/31xx系列电压基准源产品让电子系统稳定如初 ​

Release time:2024-03-15
author:AMEYA360
source:纳芯微
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  纳芯微的NSREF30/31xx系列电压基准源产品,凭借其卓越的性能与稳定性,不仅能满足电子设备不断增长的性能需求,更有助于客户开拓更为广阔的应用领域。

  如何选择电压基准源芯片?

  在选择一颗作为基准电压的电压基准源芯片时,首先需要从系统架构上考虑以下几个要素:电源电压、功耗预算、负载能力、温度范围和封装尺寸等。

  在满足了系统的基本要求之后,需要进一步考虑基准源芯片的性能参数是否能够满足需求。高精度、低噪声是电压基准源的基本性能要求,在不同的外界环境变化下,如温度变化、环境应力变化、时间变化等,基准源也都需保持稳定。这些外部因素都会影响电压基准源的性能,因此,有不同的性能参数用来标定基准源的性能高低,如初始精度、温度漂移、噪声、热迟滞、长期漂移、电压调整率、负载调整率、输入输出电压差等。

纳芯微的NSREF30/31xx系列电压基准源产品让电子系统稳定如初  ​

  电压基准源的选择要素

  NSREF30/31xx系列的产品优势

  纳芯微的电压基准源NSREF30/31xx产品具有高精度、低温漂、低噪声、低功耗特性,该系列包含NSREF30xx和NSREF31xx两个子系列,每个子系列有6个不同型号,分别对应6个输出电压选项。每款产品均有车规和工规型号,其中车规级产品满足AEC-Q100 Grade1的可靠性要求,可在-40~125℃的严苛环境下工作。

  温度漂移是电压基准源最重要的参数之一,它是由电路缺陷和非线性引起的漂移,往往是非线性的。纳芯微电压基准源采用了黑盒法(Box method)对温度漂移进行测量和标定。

  事实上,温度漂移计算只是基于有限的温度测量点来测量电压的最大值和最小值,并没有考虑这些极值发生在哪一个温度点。因此,对于一个非线性的温漂器件来说,其温度漂移指标并不能用来说明该器件在较窄的温度范围内,其温度漂移指标会比标定的更好。

  NSREF30xx系列的温漂典型值为10ppm/℃,最大值35ppm/℃。NSREF31xx系列的性能更高,温漂典型值为5ppm/℃,最大值15ppm/℃,能够保证在全温度范围内实现高精度ADC采样。在其他性能参数方面,两个系列的基准源产品表现同样卓越。

纳芯微的NSREF30/31xx系列电压基准源产品让电子系统稳定如初  ​

  NSREF30xx和NSREF31xx的温漂性能表现

  低噪声是NSREF30/31xx系列的另一特色。电压基准源输出电压噪声一般表现为低频1/f噪声和宽带白噪声。在实际应用中,宽带噪声可通过压缩带宽的手段来抑制;而低频1/f噪声在应用中很难去除,是高精度测量的主要误差之一。

  NSREF30/31xx采用先进的工艺及专门的低噪声设计,2.5V输出电压时的1/f噪声典型值仅为20μVpp(峰峰值),且噪声分布相对收敛;1sigma值小于2μVpp,大大降低了低频噪声对ADC采样误差的影响。在保证低噪声的前提下,NSREF30/31xx仅消耗140μA(典型值)电流,因此适合工业现场变送器、电力、便携式测量设备等应用。

  对比表明,在近似的静态功耗和温漂性能下,NSREF30/31xx系列产品的低频1/f噪声远低于市面上主流产品。

纳芯微的NSREF30/31xx系列电压基准源产品让电子系统稳定如初  ​

  NSREF30xx和NSREF31xx的低频噪声性能表现

  得益于良好的环路设计,在输入电压仅比输出电压高1mV(典型值)时,NSREF30/31xx即可正常输出工作电压(NSREF3012/3112需要最低1.8V工作电压),对电源(如电池供电)电压可能出现降低的应用场景非常友好。

  此外,NSREF30/31xx具有源电流和吸电流能力(典型值±10mA), 输出端不接输出电容也可以稳定输出电压,不会因所接电容发生故障或失效而导致器件工作不正常,且能够支持很宽的环路稳定电容值范围,从而适应不同应用电路和场景,拓展了其应用范围。

  在实际应用中,为了减小电压基准源长期漂移对系统精度的影响,通常需要进行定期校准,但这样会导致生产率降低等方面的问题。因此,引入长期漂移的性能指标对精密系统的设计尤为重要。

  长期漂移是指电压基准源输出电压随时间变化的漂移量,基准源的长期漂移主要是机械应力和老化所致,早期漂移主要由机械应力引入,通常会造成基准源电压出现较大的漂移。随着时间的推移,封装、焊接和芯片材料越来越稳定,漂移量会越来越小。需要注意的是产品手册标定的长期漂移,是指基准源输出电压在前1000小时漂移量而非每1000小时漂移量。

  NSREF30/31xx系列在35℃下前1000小时漂移量为100ppm(典型值),前2000小时漂移量为130ppm(典型值)。在估算更长时间的漂移量时,可使用归一化到1000小时漂移量的平方根公式LTD(h)来计算。

纳芯微的NSREF30/31xx系列电压基准源产品让电子系统稳定如初  ​

  基准源的长期漂移性能表现

  基准源性能对ADC采集系统影响的分析

  结合上述介绍的性能指标,以NSREF3130为例,分析其性能对ADC采集系统的影响。系统误差通常使用统计公差分析的平方根(RSS)法来计算。表格统计了NSREF3130的误差项及误差大小,方程式展示了使用平方根法计算的总误差,并将基准源总误差转换为LSB。本例省略了线性调整率、负载调整率等误差。由方程式得出,对于12位ADC, NSREF3130的误差贡献为13LSB。

纳芯微的NSREF30/31xx系列电压基准源产品让电子系统稳定如初  ​

  通过系统校准,可以消除初始精度带来的误差,同时温度漂移和长期漂移改善80%。由计算可得,校准后的系统中NSREF3130带来的总误差仅为2LSB。

纳芯微的NSREF30/31xx系列电压基准源产品让电子系统稳定如初  ​

  进一步拓展应用边界

  纳芯微电压基准源产品NSREF30/31xx系列,凭借其高精度、低温漂、低噪声、低功耗等诸多优势,赢得了客户的高度认可与好评。

  该系列产品得益于先进的制程工艺和独到的设计理念,不仅实现了高初始精度,更在低温漂特性上超越了同类市场产品,确保在全温度范围内都能保持卓越的采样精度。

  NSREF30/31xx系列电压基准源拥有广泛的应用前景,可被应用于光伏、工业自动化、数字电源、充电桩等多个领域。它为客户提供稳定可靠的性能输出,助力实现更高效、更精确的数据采集和处理,从而帮助客户进一步拓展其应用边界,探索更多可能。

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纳芯微 | SPI 隔离通信实战避坑:数字隔离器输出并联电平异常的原因与解决方案
  在工业系统 SPI 一主多从通信架构中,为节省 IO 资源,数字隔离器输出通道并联复用是常见设计,但实际应用中极易出现电平无法正常拉高 / 拉低的异常问题,严重影响通信稳定性。本文先梳理工业系统主流通信方式及 SPI 隔离的应用场景,深入剖析数字隔离器输出并联导致电平异常的核心原因,再针对性给出两种经实测验证的解决方案(CS 反向使能电路、二极管反向阻断配合软件配置),并明确实施过程中的关键注意事项,为工程师解决同类 SPI 隔离通信问题提供直接参考。  01 工业系统常见通信方式  通信接口是硬件系统中实现数据交换的核心模块,常分为内部通信接口(板级通信)、外部通信接口(对外通信),如图1,不同接口在速率、距离、复杂度等方面各有特点,是纳芯微产品主要的应用场景之一。图1 板级通信和对外通信  板级通信  板级通信为设备内部组件间的通信,通常具备速度快、距离短的特性,通常具备速度快、距离短的特性,常见有UART、I2C、SPI、单总线等。具体参数如表1所示:表1 板级通信具体参数  对外通信  对外通信为设备级信号传输,用于实现设备间的数据交互,多采用差分传输方式,具备传输距离远的优势,常见类型包括 RS-232、RS-485、CAN 等,具体参数如下表所示:  表2 对外通信具体参数  02 隔离SPI机会点  SPI全称为Serial Peripheral Interface(串行外设接口),由摩托罗拉公司开发的一种同步、全双工、主从式串行通讯总线,可以实现一主多从的通讯连接。  在硬件连接方式上,SPI常用4线制(SCK、MOSI、MISO、CS/SS),各信号线的传输方向及功能描述如下表3所示:表3 SPI各信号线的传输方向及功能  SPI一主多从的通讯拓扑,MOSI、MISO、SCK常采用复用接口,节省IO资源,通过独立的CS/SS实现从机选择。如图2所示。图2 SPI 一主多从基础拓扑  在工业系统中,MCU高压域与低压域之间需要做通讯隔离,纳芯微隔离器NSI8241W(3正1反)适用于SPI信号隔离。对于一主一从的隔离方式,4通道刚好一对一匹配(3正向通道对应SCK、MOSI、CS/SS,1反向通道对应MISO)。对于一主多从的拓扑架构,同样会复用通道节省IO资源,如图3示例。图3 带数字隔离器的SPI主多从拓扑  03 数字隔离器输出并联问题及解决方案  数字隔离器隔离SPI复用通道实际测试时,会发现复用MISO会出现电平异常,当一路输入高,一路输入低的情况下,MISO不能完全被拉高或者拉低。如图4,两颗8241 Out口复用,输入分别给高、低时,MISO波形。图4 Vdd1=Vdd2=5.25V,IND1高,IND2低 黄色OutD1=蓝色OutD2≈2.5V  数字隔离器Out内部为推挽输出:输入为高时,推挽上管导通,输出高电平;输入为低时,推挽下管导通,输出低电平。当输入一高一低时,就会形成分压回路,造成MISO电平异常,如图5,这显然与SPI中规定MISO复用冲突(当SS拉低使能时,从机输出配置为推挽输出,当SS拉高时,从机输出需配置为高阻态,防止多个输出导致电平冲突)。图5 数字隔离器内部分压回路  查阅NSI8241真值表(如图6所示),当EN拉低时,数字隔离器可以输出高组态,能够满足SPI复用要求。因此我们给出以下电路调整方案,来实现数字隔离器输出口并联复用需求。图6 NSI241真值表  方案1  CS 处增加反向电路,同步使能数字隔离器  在CS处增加反向电路(NPN、PNP、反相器等,需考虑Vce压降)同步使能数字隔离器。CS拉高禁用时,数字隔离器EN拉低禁用,Out复用输出高。  方案2  二极管反向阻断 + 软件配置,实现并联复用  通过二极管进行反向阻断,配合软件配置合理实现数字隔离器输出并联复用。  但需要注意的是:  (1)需添加上下拉电阻,明确默认电平,同时满足信号上升沿、下降沿的时间要求;  (2)需考虑二极管压降对电平幅值的影响,避免因压降导致通信误判;  (3)当一路输出通道由高电平切换至低电平时,受寄生参数影响,可能会短暂通过二极管抽取另一通道电流,需重视由此产生的电压尖峰问题。  结论与建议  在工业 SPI 一主多从隔离通信场景中,数字隔离器输出通道并联复用是节省 IO 资源的常用方案,但因隔离器内部推挽输出结构,直接并联易导致电平异常。本文通过分析异常产生的核心原因,提供了两种经实测验证的解决方案(CS 反向使能电路、二极管反向阻断 + 软件配置),同时明确了实施过程中的关键注意事项。工程师在实际设计中可根据项目需求选择合适方案,规避电平异常问题,保障 SPI 通信的稳定性。  高可靠性四通道数字隔离器NSI824x已通过 UL1577 安全认证,支持3kVrms-8kVrms 多档绝缘电压,同时在低功耗下提供高电磁抗扰度和低辐射。数据速率高达 150Mbps,共模瞬态抗扰度 250kV/μs。支持数字通道方向及输入失电默认输出电平配置,宽电源电压可直接适配多数数字接口,简化电平转换;高系统级 EMC 性能进一步提升使用可靠性与稳定性。
2025-12-05 11:20 reading:176
纳芯微车载电源芯片方案,选Ta就稳了!
纳芯微NSUC1610成功斩获「年度优秀电机控制技术产品奖」!
连续5年获奖,纳芯微荣膺第二十届“中国芯”“整车芯应用卓越产品”和“优秀技术创新产品”
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2025-11-25 09:37 reading:326
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