Перейти к содержанию

Долговременный дрейф (long-term drift)

Источник опорного напряжения, откалиброванный на заводе, через год показывает уже чуть другое значение, даже если температура та же. Это старение — долговременный дрейф. В устройствах, которые годами работают без поверки, он может стать главной ошибкой.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Долговременный дрейф (long-term drift, LTD; в даташитах также long-term stability) — изменение выходного напряжения источника опорного напряжения со временем при неизменных температуре, питании и нагрузке. Его задают в миллионных долях за время испытания, обычно за 1000 часов работы. TI определяет его как (Ut0 − Utn) / Ut0 · 10⁶, где Ut0 измерено сразу после пайки, а Utn — через n часов под питанием (SBAA436, ур. 1).

Откуда он берётся

По TI дрейф вызывают механические напряжения и старение материалов корпуса, разварки и кристалла: по мере того как они «усаживаются», дрейф замедляется. Его величина и даже знак различаются от экземпляра к экземпляру (SBAA436, разд. 2). Поэтому важно, где прибор стоит на плате: у краёв деформация меньше, чем в центре (SSZTAX8).

Как растёт со временем

Дрейф — не линейная функция времени. ADI описывает его как случайное блуждание, которое растёт пропорционально корню из времени: за год — примерно втрое больше значения за 1000 ч, за десять лет — примерно в 9 раз; умножать значение за 1000 ч на 8,77 для года неверно (MT-087, с. 12–13). Данные ADR4525 это подтверждают: 19 ppm за 250 ч, 25 ppm за 1000 ч и 51 ppm за 4500 ч, все — типовые (табл. 2). Наш расчёт: от 1000 до 4500 ч дрейф вырос в 51 / 25 ≈ 2,0 раза, а √4,5 ≈ 2,1 — закон корня даёт близкую и чуть завышенную оценку.

Как учитывать

Долговременный дрейф не проверяют в производстве, и в даташите он почти всегда только типовой (SBAA436, разд. 2). В бюджете погрешностей его пересчитывают на нужный срок по закону √t и помечают как оценку. Однократная калибровка убирает дрейф, накопленный до неё, но не тот, что будет после, — поэтому в приборах без поверки TI советует откладывать первую калибровку и прогонять источник под питанием заранее (SBAA436, разд. 8). Начальный сдвиг от пайки — отдельная составляющая, см. «Сдвиг после пайки»; остаточный сдвиг после температурного цикла — температурный гистерезис.

Частые вопросы

Почему дрейф за 4500 часов не в 4,5 раза больше, чем за 1000?

Потому что старение — не равномерный уход, а случайное блуждание, которое к тому же со временем замедляется. ADI оценивает рост как корень из времени (MT-087), и данные ADR4525 с этим согласуются: 25 ppm за 1000 ч и 51 ppm за 4500 ч, то есть примерно вдвое, а не в 4,5 раза. TI называет оценку по корню консервативной (SBAA436, разд. 7).

Почему долговременный дрейф дан только типовым значением?

Потому что его не проверяют в производстве: это тысячи часов работы под питанием. Производитель измеряет партию образцов при разработке и публикует типовое значение, а разброс показывает на графиках (SBAA436, разд. 2). В бюджете погрешностей такую строку стоит пометить как типовую.

Как уменьшить влияние старения?

TI советует три вещи: прогнать прибор под питанием перед калибровкой, чтобы ушёл самый быстрый начальный дрейф; калибровать регулярно; если регулярной калибровки нет — делать первую как можно позже, например перед вводом в эксплуатацию (SBAA436, разд. 8). Механические напряжения платы тоже влияют: у краёв платы деформация меньше, чем в центре (SSZTAX8).

Источники

  1. Texas Instruments. Long-Term Drift in Voltage References, SBAA436 — разд. 1 — долговременный дрейф (LTD, long-term stability) — изменение выхода со временем из-за старения, может стать главной ошибкой в системах без регулярной калибровки; разд. 2, ур. 1 — LTD(tn) = (VOUT(t0) − VOUT(tn)) / VOUT(t0) · 10^6, VOUT(t0) — сразу после пайки, прибор всё время под питанием; в производстве не проверяется, значение типовое; дрейф непостоянен по величине и знаку от экземпляра к экземпляру, но со временем замедляется; источник — механические напряжения и старение корпуса, разварки и кристалла; разд. 7 — оценка на годы консервативна; разд. 8 — прогон под питанием перед калибровкой, регулярная калибровка, первая калибровка как можно позже
  2. Analog Devices. MT-087 Tutorial: Voltage References, Rev. 0 — с. 12–13 — дрейф обычно задают в ppm за 1000 ч; умножать значение за 1000 ч на 8,77 для года неверно и пессимистично; дрейф — случайное блуждание, растёт как корень из времени: год ≈ √8,766 ≈ 3×, десять лет ≈ 9×; приборы со временем стабилизируются
  3. Analog Devices. ADR4520/ADR4525/ADR4530/ADR4533/ADR4540/ADR4550, Rev. G — табл. 2 — долговременный дрейф ADR4525 классов A/B/C при 25 °C: 19 ppm за 250 ч, 25 ppm за 1000 ч, 51 ppm за 4500 ч (только типовые)
  4. Texas Instruments. Find the «Goldilocks» Voltage Reference for Your Application, SSZTAX8 — раздел Long-term Stability — измеряют на нескольких образцах в течение 1000 ч; уменьшить можно, разместив прибор там, где механические напряжения платы меньше: у краёв платы деформация меньше, в центре больше

Нашли ошибку?

Смотрите также