湿度对ADC的基准电压源影响及解决办法

        电压参考在精密模拟系统中起着至关重要的作用,设计中存在很多误区,它们可能悄无声息地影响着精密检测系统。

        接下来通过具体的示例进行分析,如100kSPS、16位的模拟传感器信号输入设计为例,具体如图1所示。基准选用2.5V的ADR45XX塑封基准电压,其可以提供高精度、低功耗、低噪声、初始精度为±0.01%(±100ppm)、出色的温度稳定性和低输出噪声。

湿度对ADC的基准电压源影响及解决办法_第1张图片

        在系统硬件原理图设计完成后,接下来需要完成PCB设计。任何从事过精密电子工作人都清楚,板级机械应力在精密电路设计或基于MEMS的传感器设计中会以直流偏置的形式表现出来。 验证方法非常简单,只需按压电压参考的塑料封装,就可以看到输出电压或传感器输出的变化。由于水分、湿度、温度会造成差异应力,所以水分和温度等环境因素会影响电子器件性能。由于水分/湿度/温度会造成差异应力,所以水分和温度等环境因素会影响电子器件性能。由于制作封装和电路板的材料的热膨胀系数不同,温度会使封装和电路板产生机械应力。由于塑料和电路板都会吸收水分并膨胀,水分会使封装和电路板产生机械应力。在塑料封装基准电压中,因为环境原因产生的机械应力往往表现为随温度/时间变化产生漂移,在塑料封装MEMS加速计中,则表现为增加偏移量。对于塑料封装,湿度导致的机械应力相当显著,要控制这种温度效应,方法之一就是将集成电路封装到陶瓷或密封封装中

        另一种将这些应力从基准电压中分离出来的方法是在PCB制造过程中使用保形层,这样电路板上的任何机械应力都会对基准电压造成更小的影响。这种情况下,在基准电压和PCB上涂上的一层薄薄的复合涂层,可以确保PCB上因为水分或湿度导致的应力不会完全转化为基准电压芯片封装上差异应力,并且产生漂移。这也可以确保减小低温凝结湿气对封装的影响。

        保形涂层有很多种,如丙烯酸树脂、聚氨酯、硅树脂、环氧树脂,以及用于保护PCB
生产中的敏感器件的水性涂料。其中水蒸汽渗透性(MVP)参数可以确定哪种涂层合适,该参数表示水蒸汽通过涂层的速率,在高湿度环境下放置足够长的时间后,这些涂层无法完全隔离水分渗透,这并不是否定了保形涂层的使用。

        在某些情况下使用保形涂层会增加机械应力,这是因为应用不当,涂层会增大封装应力。例如,在PCB制造阶段,如果电压参考封装的表面在涂层之前就含有水分,那么几乎可以肯定,这些水分会渗透到亲水性塑料封装中。从1A33产品的数据手册可以看出:“基材本身的清洁度对于能否成功应用保形涂层至关重要。基材表面必须没有水分、污垢、蜡、油脂、助焊剂残留物和所有其他污染物。涂层下的污染物会导致问题,可能导致组装失败。”对于任何想要采用保形涂层的人来说,这点必须注意。

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