Referenzschaltungen

Referenzschaltungen sind Schaltungen, die eine stabile Bezugsgröße liefern, meist eine konstante Gleichspannung oder einen stabilen Strom, der als Referenz in weiteren Schaltungen dient. Sie bilden die Grundlage für Kalibrierung, Biasing und präzise Messungen in analogen Bausteinen wie ADCs, DACs, Operationsverstärkern und Messumgebungen.

Es gibt verschiedene Typen von Referenzschaltungen. Einfache Referenzen nutzen Widerstandsnetzwerke oder Zener-Dioden, um eine definierte Spannung oder einen definierten Strom zu erzeug. Solche Shunt-Referenzen arbeiten mit einem Konstantstrom über eine Zener-Diode, während Serien- oder Stromreferenzen einen stabilen Strom liefern, der eine weitere Referenzkomponente belastet. Integrierte Referenzen, insbesondere Bandgap-Referenzen, erzeugen eine temperaturkompensierte Spannungsreferenz in typischen Werten wie ca. 1,0–2,5 V und sind weit verbreitet in Mess- und Sensorschaltungen.

Wichtige Eigenschaften einer Referenz sind Stabilität gegen Schwankungen der Versorgung (PSRR), Temperaturverhalten (Tempokoeffizient), Rauschen, Langzeitdrift und Lastregelung. Integrierte Referenzen verwenden oft Techniken wie PTAT (proportional to absolute temperature) und CTAT (constant to absolute temperature), um eine geringe Temperaturdrift zu erreichen. Die Ausgangsimpedanz und die Bandbreite der Referenz beeinflussen, wie gut nachfolgende Stufen, z. B. ADCs, davon profitieren. Übliche Anwendungenfelder sind präzise Referenzspannungen für ADCs/DACs, Bias-Netzwerke und Kalibrierungslinien in Messgeräten.

Wichtige Designhinweise umfassen ausreichende Last- und Fallsicherheit, gute Entkopplung, Layout-Optimierung, Minimierung von Rauschquellen sowie Prüfung von Temperatur- und Spannungsstabilität über Betriebsspannungen und Umgebung.