PCB 設計導致參考電壓熱滯后？

每當您需要在 PCB 布局中放置參考電壓時，它必須對溫度波動和外部噪聲具有超強的穩定性。 參考電壓源的漂移會產生微小的電壓誤差，這在一些精密測量系統、精密穩壓器和高分辨率轉換器中是不能接受的。 參考電壓電路有一個特定的量，它定義了溫度循環如何影響參考電壓，稱為熱滯。

對于半導體元件來說，熱滯現象是不可避免的，只是因為半導體器件的平面結構。 雖然不能完全避免熱滯，但可以通過在將產品部署到最終環境之前執行適當的 PCB 安裝和電氣測試來抑制熱滯。 這就是導致熱滯后的原因以及在準備部署新解決方案時如何消除它。

什么是熱滯后？

從技術上講，由于某些變量或系統參數（包括溫度和隨溫度變化的量）的變化，任何可以物理測量的量在測量過程中都會表現出滯后現象。 通常，通過分離含有抗凍蛋白/糖蛋白的溶液中冰晶的凝固點和熔點來討論熱滯現象。 隨著溶液溫度在極限值之間循環，凝固溫度和熔化溫度會略有變化。 從概念上講，熱滯后可以與磁滯進行比較，其中循環磁場會留下一些剩余磁化強度。

電路中的熱滯后

在電子產品中，熱滯后用于描述參考電壓的準確性。 這些是精密電路和設備，用于為某些其他電路中的電壓測量提供穩定的比較。 一些需要穩定參考電壓的電路和元器件有：

模數轉換器 (ADC) 和數模轉換器 (DAC)：這兩個電路使用參考電壓來設置量化值。

低壓差 (LDO) 穩壓器：參考電壓用作誤差放大器的輸入，以檢測穩壓器的輸出電壓何時下降得太低。 然后誤差放大器調制 MOSFET 以將輸出電壓校正為所需值。

比較器：參考電壓源為比較器的高低閾值及其開關遲滯提供了基礎。 這可以由電池、齊納二極管或硅帶隙參考源提供。

正式定義

熱滯的形式被正式定義為在整個工作溫度范圍內設備循環前后輸出電壓在環境溫度 (+25°C) 下的變化。 電壓參考電路中的熱滯后通常以 ppm/°C 為單位測量。這是輸出參考電壓由于 ΔT 中的溫度循環而引起的變化量。實際上，當溫度 ΔT 循環時，這是一個 參考電壓電路輸出電壓的永久變化。

如果器件在其低溫額定值和高溫額定值之間循環（例如，許多組件的溫度范圍為 - 40°C 至 125°C），對于典型的帶隙參考電壓，輸出的總變化可達~1 mV 電路。 正確安裝在 PCB 上的高精度電路的滯后值在整個工作溫度范圍內可低至 ~105 ppm。 請注意，即使電路的溫度保持恒定，這些電路中也會出現長期漂移。

是什么導致熱滯后？

熱滯是由于在溫度循環過程中半導體管芯上積累的機械應力引起的。 應力分布以及如何從器件中釋放應力取決于芯片之前是否處于較高或較低的溫度以及器件中過去的應力歷史。 由于熱脹冷縮，應力會在管芯的不同位置累積和凝固。

帶有參考電壓電路的設備下線后，通常會在標準環境條件下進行短時間測試。 接下來發生的事情可能會對半導體管芯施加壓力，并導致參考電壓電路的輸出以下列方式發生變化：

封裝時的加熱和冷卻：將模具放入封裝時，將其放入高溫環氧樹脂封裝中。 然后將包裝冷卻并恢復到環境溫度。 在這個過程中，應力會累積在模具上。

裝配時的焊接：波峰焊需要將設備加熱到高溫并保持一段時間。 冷卻后，模具中會積累一些應力。 手工焊接不會將整個設備加熱到大量應力累積的程度。

運行時發熱：設備在PCB上工作時，溫度必然會發生變化。 熱量可能從電路板上的其他元件或外部環境流向參考電壓電路。

在容易出現熱滯后的零件周圍放置凹口是增加零件下方基板剛度的一種方法。 此外，將設備放置在遠離 PCB 板中心的位置。 這兩種方法都被實驗證明可以減少應力積累和熱滯。

板的邊緣提供了一個堅硬的安裝表面，以防止由于熱滯后導致的輸出電壓變化。

最后，為了減少管芯中的應力并迫使參考電壓電路穩定到其長期輸出，電路可以在組裝好的 PCB 運行時反復循環。 這可能需要多次循環，但一些元件制造商對參考電壓的測量表明，在重復循環后，遲滯窗口會隨著時間的推移而減小。 PCB加工廠解釋了PCB設計引起的電壓基準的熱滯，什么是熱滯。