REF60xx：为了小宝贝少一颗运放，我为你集成

精密数据采集系统中ADC尺寸、功耗、分辨率和带宽的平衡（YUNSWJ 重写版）

昨天的 ADC 文章看管可否尽兴？没事，今天来看看 TI 为之服务的基准源。如果说 ADI 是勇闯无人之境，那 TI 就是性价比老登。

属于串联电压基准

属于串联电压基准

这个6x 家族是分的很细的，感觉就是一片晶圆上面进行了筛选：

这次看这个 60 系列：

后面表示这个输出电压

后面表示这个输出电压

原来这东西还是属于电源啊？

原来这东西还是属于电源啊？

器件就是要看数据手册：

可以看到我喜欢的一些特性，特别是下面官方差不多就明说了，这个基准给谁用的

可以看到我喜欢的一些特性，特别是下面官方差不多就明说了，这个基准给谁用的

就是这样的一种设计，内部加了一个 buffer

就是这样的一种设计，内部加了一个 buffer

😄，直接用官方的资料说明

其实就是“给高精度 ADC 准备的一颗 4.096V 参考 + 专用缓冲运放，一颗芯片顶：基准源 + 参考缓冲 + 过冲 droop 控制”。

型号和定位

REF60xx 系列：REF6025/30/33/41/45/50，只是输出电压不同：2.5V、3.0V、3.3V、4.096V、4.5V、5.0V。

共性卖点：

集成 ADC 驱动缓冲器（ADC drive buffer）

温漂 ≤ 5 ppm/°C（–40~125°C 全温）

初始精度 ±0.05%

总噪声 5 µV_RMS（配 47µF 输出电容）

1/f 噪声 0.1–10Hz：3 µVpp/V

输出阻抗：0–200kHz 内 < 50 mΩ

供电电流典型 0.82 mA

专门用来直接驱动精密 SAR（ADS88xx）和宽带 ΔΣ（ADS127xx）的 REF 引脚，省掉外部缓冲运放。

基本电气规格怎么理解？

精度和温漂

输出精度 ±0.05%对 4.096V 来说：

这只是上电时的初始误差，后面还要考虑校准/标定。

温度系数 5 ppm/°C（Box 方法） 在 –40~125°C 温差 165°C 上：

对 4.096V 是：

所以全温漂+初始误差合起来也就几 mV 级，对 18bit 系统来说是可以通过一次性标定修掉的。

噪声

总噪声 5µV_RMS（CL=22 或 47µF）这个是“全集成噪声”，带宽大约到 1MHz；相当于 4.096V 上的：

0.1–10Hz 1/f 噪声：3µVpp/V对 4.096V：约 12.3µVpp，极低，适合慢速高分辨率采样。

噪声谱图（Figure 13 & 14）：可以看到低频 1/f 下面是平的宽带白噪声，配 22/47µF 时噪声谱密度更低。

输出能力和负载

推荐输出电流：

REF6025/30/33/41：±4mA

REF6045：±3.5mA

REF6050：±3mA

输出阻抗：50mΩ（DC~200kHz），意味着即使瞬间抽出 10mA，电压下陷只有：

短路电流由 SS 引脚 + 电阻 RSS 设定，内部公式给出了 ISC 与 RSS 的关系，可以根据系统热设计把短路电流卡在几 10mA。

“集成 ADC 缓冲器”到底做了什么？

为什么普通基准不行？

大多数 SAR / 部分 ΔΣ 的 REF 引脚后面是一串二进制加权电容阵列。转换时，这些电容会：在每次转换开始时突然从 GND 翻到 VREF；再在比较过程中不断切换。

这等价于：在 REF 引脚上挂了一个输入信号相关、随时间跳变的电流源。如果只用“普通带隙基准 + 一个大电容”，问题是：参考源输出阻抗在 kHz 以上往往有几欧到几十欧；电容被一次次抽电、放电，电压来不及回到标称值，就会产生 droop（下陷）；droop 大小跟输入信号有关 → 等效成非线性失真 + 增益随频率变化。

REF60xx 的做法

内部结构（Block Diagram）：带隙参考 + RFILT + 宽带 Buffer + 两对 Sense/Force 引脚。

内部

内部

参考核心只需要提供缓慢变化的基准电压；高带宽缓冲器负责驱动 REF 电容和 ADC 参考电容，保证超低输出阻抗；OUT_S / OUT_F、GND_S / GND_F 可以 Kelvin 连接，消除走线压降的影响。

文中直接给了一个定量评价：

REF60xx 在驱动 ADS8881 (18bit, 1MSPS) 时，甚至在“第一转换”里，参考电压 droop 也 小于 1 LSB。

图 44–45 / 52 / 59–60 对比了：

普通参考（REF20xx）+ 输出电容：参考电压在前几次转换里会明显下陷几 LSB；REF60xx：整个 100µs 的 burst 里，droop 保持在 ±1 LSB 内，且无明显随采样改变的偏移。

这就是它敢宣传“burst-mode first sample 18bit 精度”的根本原因。

噪声、THD 和系统性能

典型应用用的是 REF6050 / 驱动 ADS8881，输入由 THS4551 差分运放驱动。

测得指标（Table 1）：

SNR ≈ 100.5 dB

ENOB ≈ 16.4 bit

THD ≈ –125 dB

采样率 1MSPS、功耗 40mW

Burst mode 下首个采样也有 18bit 以上精度

频谱图（Figure 23–31）

完全的图可以看手册

完全的图可以看手册

可以看到：

主基波外的谐波都在 –120dB 以下；噪声底接近 ADC 自身理论极限，说明参考并没有拉低系统性能。

这一组图想表达的是：只要按推荐拓扑搭，系统性能会被 ADC 自身限制，而不是被参考拖后腿。

稳定性：输出电容和 ESR 的要求

REF60xx 对输出电容有明确要求，这是“带缓冲器参考”与普通参考最大的实用差异之一。

输出电容 CL：10–47µF

10µF 时，需要 ESR 在 20–100mΩ；

47µF 时，ESR 在 5–100mΩ。 数据手册用一张阴影图（Figure 53）给出了“稳定区域”。

FILT 引脚电容 CFILT：必须 ≥1µF

接在内部带隙和缓冲器之间，用来降低宽带噪声；推荐低 ESR（5–20mΩ），可以用走线电阻 + MLCC 自然形成。

工程实现上一般直接用 10–47µF X5R/X7R MLCC；PCB 走线拉长一点，就顺带把 ESR 从几 mΩ 拉到十几 mΩ，落在稳定区里；如果想增加带宽、改善负载瞬态，可以刻意串一点电阻提高 ESR，但代价是噪声增大。

可靠性：焊接热漂移、热滞后、长期漂移

这部分是很多人会忽略，但对高精度系统很关键。 （关键确实关键，以后写）

Solder Heat Shift（焊接热致偏移）

实验：128 颗芯片、8 块 PCB，用无铅回流曲线焊接前后对比输出电压。

结果：大部分样品偏移在 ±0.03% 以内。

多次回流会叠加偏移，所以基准尽量在 PCB 最后一面最后一趟回流焊。

Thermal Hysteresis（热滞后）

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定义：25°C → –40°C → 125°C → 25°C，再测输出电压的变化；

典型值：Cycle1 约 33ppm，Cycle2 降到 8ppm；

第一次“热循环”把内部应力释放一部分，后面就稳定下来。

长期漂移

0–1000h：典型 80ppm；

1000–2000h 再追加：20ppm；这对一般工业应用（几年）是可接受的级别。（高端这个东西是一点也上不了）

布局建议

数据手册给了一张 layout 示例（Figure 62）：

VIN 去地旁边放 0.1µF 退耦；

输出电容 CL 尽量靠近 REF60xx & ADC REF 引脚；

OUT_F 和 OUT_S 各走一条线到 CL，一起再去 ADC REF，引脚尽量短；

GND_F / GND_S 在芯片下方用铜皮连，扩展成模拟地平面；数字线远离参考区域，避免数字噪声耦合。

工程上怎么用这个基准源？

先选电压：SAR ADC 满量程如果是 ±VREF、0~VREF，而想要 4.096V（方便把代码直接当 mV 读），就用 。

供电：给大约 4.3–5.5V，比如和 ADC 同一个 5V LDO。

电源很宽

电源很宽

电容：

REF 输出 → 47µF X7R + 0.1µF 小电容并联；

FILT → 1µF X7R；

附带考虑 MLCC 的实际 ESR，基本能落入稳定区。

驱动对象：

直接挂到 SAR / ΔΣ ADC 的 REF 引脚（比如 ADS8881、ADS127L11、ADCS124S08 这一类）；不需要再加 OPAx333 之类的缓冲。

关注 droop 与 ENOB：如果应用是 burst-mode、事件触发采集（比如 CbM、示波器等）， 的 droop 表现保证首个采样就能达到 18bit（ADS8881 的例子）。

如果 ADC 没有达到数据表说的 ENOB，至少可以先排除“参考 droop 不够”的锅。

后记

它是一颗“专门为高分辨率 ADC 设计的 4.096V 低噪声参考 + 宽带缓冲器”，它解决的是：参考 droop、线性失真、burst-mode 首采样精度、布局复杂度这些在精密数据采集里很麻烦但常被忽视的问题。按它推荐的电容和布局接上，基本不用再纠结“要不要多加一颗参考缓冲运放”。

https://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/ref6041.pdf?ts=1766883471622&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com.cn%252Fproduct%252Fcn%252FREF6041%253Flogin-check%253Dtrue