PCB 设计导致参考电压热滞后？

PCB 设计导致参考电压热滞后？

每当您需要在 PCB 布局中放置参考电压时，它必须对温度波动和外部噪声具有超强的稳定性。 参考电压源的漂移会产生微小的电压误差，这在一些精密测量系统、精密稳压器和高分辨率转换器中是不能接受的。 参考电压电路有一个特定的量，它定义了温度循环如何影响参考电压，称为热滞。

对于半导体元件来说，热滞现象是不可避免的，只是因为半导体器件的平面结构。 虽然不能完全避免热滞，但可以通过在将产品部署到最终环境之前执行适当的 PCB 安装和电气测试来抑制热滞。 这就是导致热滞后的原因以及在准备部署新解决方案时如何消除它。

什么是热滞后？

从技术上讲，由于某些变量或系统参数（包括温度和随温度变化的量）的变化，任何可以物理测量的量在测量过程中都会表现出滞后现象。 通常，通过分离含有抗冻蛋白/糖蛋白的溶液中冰晶的凝固点和熔点来讨论热滞现象。 随着溶液温度在极限值之间循环，凝固温度和熔化温度会略有变化。 从概念上讲，热滞后可以与磁滞进行比较，其中循环磁场会留下一些剩余磁化强度。

电路中的热滞后

在电子产品中，热滞后用于描述参考电压的准确性。 这些是精密电路和设备，用于为某些其他电路中的电压测量提供稳定的比较。 一些需要稳定参考电压的电路和元器件有：

模数转换器 (ADC) 和数模转换器 (DAC)：这两个电路使用参考电压来设置量化值。

低压差 (LDO) 稳压器：参考电压用作误差放大器的输入，以检测稳压器的输出电压何时下降得太低。 然后误差放大器调制 MOSFET 以将输出电压校正为所需值。

比较器：参考电压源为比较器的高低阈值及其开关迟滞提供了基础。 这可以由电池、齐纳二极管或硅带隙参考源提供。

正式定义

热滞的形式被正式定义为在整个工作温度范围内设备循环前后输出电压在环境温度 (+25°C) 下的变化。 电压参考电路中的热滞后通常以 ppm/°C 为单位测量。这是输出参考电压由于 ΔT 中的温度循环而引起的变化量。实际上，当温度 ΔT 循环时，这是一个 参考电压电路输出电压的永久变化。

如果器件在其低温额定值和高温额定值之间循环（例如，许多组件的温度范围为 - 40°C 至 125°C），对于典型的带隙参考电压，输出的总变化可达~1 mV 电路。 正确安装在 PCB 上的高精度电路的滞后值在整个工作温度范围内可低至 ~105 ppm。 请注意，即使电路的温度保持恒定，这些电路中也会出现长期漂移。

是什么导致热滞后？

热滞是由于在温度循环过程中半导体管芯上积累的机械应力引起的。 应力分布以及如何从器件中释放应力取决于芯片之前是否处于较高或较低的温度以及器件中过去的应力历史。 由于热胀冷缩，应力会在管芯的不同位置累积和凝固。

带有参考电压电路的设备下线后，通常会在标准环境条件下进行短时间测试。 接下来发生的事情可能会对半导体管芯施加压力，并导致参考电压电路的输出以下列方式发生变化：

封装时的加热和冷却：将模具放入封装时，将其放入高温环氧树脂封装中。 然后将包装冷却并恢复到环境温度。 在这个过程中，应力会累积在模具上。

装配时的焊接：波峰焊需要将设备加热到高温并保持一段时间。 冷却后，模具中会积累一些应力。 手工焊接不会将整个设备加热到大量应力累积的程度。

运行时发热：设备在PCB上工作时，温度必然会发生变化。 热量可能从电路板上的其他元件或外部环境流向参考电压电路。

在容易出现热滞后的零件周围放置凹口是增加零件下方基板刚度的一种方法。 此外，将设备放置在远离 PCB 板中心的位置。 这两种方法都被实验证明可以减少应力积累和热滞。

板的边缘提供了一个坚硬的安装表面，以防止由于热滞后导致的输出电压变化。

最后，为了减少管芯中的应力并迫使参考电压电路稳定到其长期输出，电路可以在组装好的 PCB 运行时反复循环。 这可能需要多次循环，但一些元件制造商对参考电压的测量表明，在重复循环后，迟滞窗口会随着时间的推移而减小。 PCB加工厂解释了PCB设计引起的电压基准的热滞，什么是热滞。