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机电技术 2024年第1期 74-78页

作者：孙辉沈兆坤刘明强胡洪林黄运川贵州省电子工业研究所贵州贵阳550004 贵州黔通工程技术有限公司贵州贵阳550000

为设计高精度模拟式温湿度传感器,本设计采用宽电压策略,使用XTR111作为电压-电流转换器和电源模块,为传感器供电的同时输出4~20 mA电流信号;使用温湿度数据采集器件GXHT35采集温湿度数据,数模转换器采用双通道16位分辨率的DAC8552,保... 详细信息

为设计高精度模拟式温湿度传感器,本设计采用宽电压策略,使用XTR111作为电压-电流转换器和电源模块,为传感器供电的同时输出4~20 mA电流信号;使用温湿度数据采集器件GXHT35采集温湿度数据,数模转换器采用双通道16位分辨率的DAC8552,保证精度前提下还原输出温湿度数据。整个过程是主控芯片将采集的温湿度数据通过DAC8552转换为模拟电压,再基于XTR111设计精密电压-电流转换电路,最终实现4~20 mA电流的稳定输出;并使用YFT-125AH高低温交变试验箱和F8845A数字万用表验证其数据准确性及可靠性。

关键词： 4~20 mA模拟信号 XTR111转换电路数模转换器 GXHT35采集器件

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Maxim 6位数模转换器MAX536x

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世界电子元器件 2015年第10期 26-页

概述MAX5363/MAX5364/MAX5365低成本6位数模转换器(DAC)采用微型6引脚SOT23封装,具有简单的三线式SPI/QSPI/MICROWIRE兼容串行接口,可在高达10MHz的频率下运行。MAX5363具有内部2V参考电压,由2.7V^3.6V电源供电。MAX5364具有内部4V参考电压,由4.5V^5.5V电源供电。MAX5365由2.7V^5.5V电源供电,具有等于0.9 VDD的内部参考电压。MAX5363/MAX5364/MAX5365需要仅150μA(典型值)的超低电源电流。

关键词：数模转换器 MAX536x Maxim 6 参考电压线式输出驱动电压输出自动增益控制输出电阻关闭状态

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24位高性能音频sigma-delta DAC的研究与设计

24位高性能音频sigma-delta DAC的研究与设计

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作者：刘严西安电子科技大学

学位级别：硕士

电子系统的快速发展,使得人们对数模转换器(Digital to Analog Convert,DAC)的性能要求越来越高,其中高速高精度成为了数模转换器的主要发展方向。sigmadelta DAC采用了过采样和噪声整形技术,可有效提高数模转换器的信噪比,成为当今最... 详细信息

电子系统的快速发展,使得人们对数模转换器(Digital to Analog Convert,DAC)的性能要求越来越高,其中高速高精度成为了数模转换器的主要发展方向。sigmadelta DAC采用了过采样和噪声整形技术,可有效提高数模转换器的信噪比,成为当今最受欢迎的高精度数模转换器架构之一。本文从工程设计的角度出发,研究了sigma-delta DAC的结构组成和工作原理,并按照所参与的音频领域项目性能指标要求,设计并实现了一款分辨率为24位的sigma-delta DAC。具体研究内容如下: 1、开展了sigma-delta DAC下插值滤波器和sigma-delta调制器等关键技术的研究与设计工作。插值滤波器采用四级级联的结构实现,由三个半带滤波器和一个积分-梳状级联(Cascaded Integrator Comb,CIC)滤波器级联而成,能够实现64倍的升采样。相较于单级结构,四级级联结构能节省90%的存储单元的数量,有效减小了电路面积。sigma-delta调制器采用7位三阶多级噪声整形(Multi Stage Noise Shaping,MASH)结构,测试结果表明,sigma-delta调制器能衰减带宽内的量化噪声,可将信号的信噪失真比提高到144d B。 2、完成了后端模拟DAC的电路设计。后端模拟DAC采用温度计译码型DAC的结构实现,温度计译码型DAC的优点为输出的毛刺较小;单位DAC的电路结构为三阶电流舵DAC,其能够输出差分信号,提高输出信号的抗干扰能力。为了解决单位DAC失配产生的谐波失真,采用了动态单元匹配技术(Dynamic Element Match,DEM)提高DAC的动态线性度。仿真实验表明,在单位DAC的不匹配度为1%的情况下,动态单元匹配技术的DWA(Data Weight Average)算法和Tree-structure算法均能帮助模拟DAC提高70d B左右的信噪失真比。 3、完成了sigma-delta DAC的硬件实现。sigma-delta DAC的硬件实现分为两个部分:FPGA(Field Programmable Gate Array)部分和ASIC(Application Specific Integrated Circuit)部分。插值滤波器与sigma-delta调制器由FPGA实现,本文完成了FPGA部分的FPGA综合和上板验证,结果显示FPGA部分的输出信号的信噪失真比能够达到144d B,满足设计要求;7位三阶电流舵DAC由ASIC实现,结合韩国东部高科0.18μm标准BCD工艺完成了电路设计和版图绘制,并进行了后仿真验证。仿真结果显示,输出信号的信噪失真比为110d B,sigma-delta DAC的功能与性能能够满足设计要求。对ASIC部分进行了流片测试,经测试DAC芯片在5V的电源电压下功耗为15m W,输出信号的信噪比达到了106dB,满足设计指标。

关键词：数模转换器 sigma-delta调制器三阶电流舵DAC 动态匹配单元

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一种激光雷达探测模块控制电路的设计和制作

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大气与环境光学学报 2022年第4期17卷 465-475页

作者：冯攀张站业丁红波安徽新闻出版职业技术学院安徽合肥230601 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026

传统上使用机械旋钮调节光电倍增管(PMT)增益的方法不仅存在需要人为依据经验手动操作、准确性差等弊端,而且PMT增益易受温度影响,需要根据环境温度动态调整PMT的高压,这些局限性都不利于其在激光雷达系统中的应用。为了便于对PMT进行... 详细信息

传统上使用机械旋钮调节光电倍增管(PMT)增益的方法不仅存在需要人为依据经验手动操作、准确性差等弊端,而且PMT增益易受温度影响,需要根据环境温度动态调整PMT的高压,这些局限性都不利于其在激光雷达系统中的应用。为了便于对PMT进行增益调节并保持PMT增益的稳定,设计了可用于激光雷达系统的PMT控制电路板,该电路可使用计算机实现增益调节和高压的温度自适应调节,从而精简了信号探测系统的结构与体积,提升了信号的稳定性。本工作采用内置高压电源的H10721-20型PMT,并基于STM32单片机结合数模转换器(DAC)和外围电路完成控制电路板的设计并进行实际制作。进一步对使用电位器调节的PMT和利用所提出的控制方法进行调节的PMT进行了高压稳定性的对比实验,并对使用PMT控制电路板的米散射激光雷达的性能进行了测试。实验结果表明所提出的控制方法可实现更稳定的PMT增益控制,设计的PMT控制电路板具有良好的可靠性。

关键词：激光雷达光电倍增管增益控制数模转换器

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带校正的高精度R-2R DAC设计与实现

带校正的高精度R-2R DAC设计与实现

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作者：马思远电子科技大学

学位级别：硕士

随着集成电路制程的进步和设计理论的革新,现代数字信号处理系统的规模日趋庞大,输出数字信号的精度越来越高,这对数模转换器(DAC)的性能提出了更高的要求。其中R-2R结构DAC利用二进制权重的电阻网络进行数模转换,电路结构简单,功耗较低... 详细信息

随着集成电路制程的进步和设计理论的革新,现代数字信号处理系统的规模日趋庞大,输出数字信号的精度越来越高,这对数模转换器(DAC)的性能提出了更高的要求。其中R-2R结构DAC利用二进制权重的电阻网络进行数模转换,电路结构简单,功耗较低,但受限于单位电阻误差和开关导通电阻失配等非理想效应,难以实现较高的转换精度。本文设计了一款使用导通电阻匹配技术进行模拟校正的“12+4”温度计码分段电压型R-2R电阻网络DAC,内部集成了带隙基准源(BGR)和低压差稳压器(LDO),可以应用于电池测试和工业控制等领域。温度计码分段结构降低了对单位电阻的精度要求,减小了输出信号的毛刺。针对R-2R电阻网络中的高低参考电压传输门间导通电阻失配问题,本设计使用导通电阻匹配技术进行模拟校正。校正模块由采样模块与钳位运放构成,钳位运放使采样模块中的高低参考电压传输门有相同的导通电阻,得到采样模块中传输门的栅压并施加到实际开关的传输门栅极上,实现高低参考电压传输门间导通电阻的匹配,提升DAC的转换精度。本文设计的DAC在0.18μm BiCMOS工艺下完成了R-2R电阻网络、BGR、导通电阻匹配模块和LDO等关键电路模块设计,并通过Spectre对其进行系统级仿真。仿真结果表明,在5 V的电源电压下,输入16位数字信号,模拟校正技术使DAC的积分非线性(INL)从3.320 LSB减小到0.466 LSB,微分非线性(DNL)从0.322 LSB减小到0.303 LSB。设置采样频率为1 MHz,输入信号频率为43 KHz,DAC的无杂散动态范围(SFDR)从89.62 dBc增加到112.21 dBc,信噪失真比(SNDR)从88.86 dB增加到98.32 dB。其中模拟校正技术将DAC的INL减小2.854LSB,SFDR提升22.59 dBc。在不同工艺角、电压和温度(PVT)组合条件下DAC性能参数稳定,达到设计要求。

关键词：数模转换器 R-2R 导通电阻匹配模拟校正带隙基准源

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Microchip新型数模转换器集成EEPROM,可在掉电时保留设置

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电子设计工程 2015年第24期23卷 15-15页

Microchip Technology Inc.（美国微芯科技公司）日前发布MCP48FXBXX系列新器件,进一步扩展其数模转换器（DAC）产品线。MCP48FEBXX系列DAC器件一共包含6款新产品,内有集成的EEPROM,可在掉电时保存DAC设置,而MCP48FVBXX系列则为不需要... 详细信息

Microchip Technology Inc.（美国微芯科技公司）日前发布MCP48FXBXX系列新器件,进一步扩展其数模转换器（DAC）产品线。MCP48FEBXX系列DAC器件一共包含6款新产品,内有集成的EEPROM,可在掉电时保存DAC设置,而MCP48FVBXX系列则为不需要集成存储器的应用提供了成本更低的另一种选择。这些低功耗的单通道和双通道DAC提供8、10和12位分辨率,具有SPI串行接口,采用10引脚MSOP封装。新器件可广泛应用于包括消费、工业和汽车市场等在内的各种领域,

关键词：数模转换器 EEPROM Microchip 微芯科技位分辨率积分非线性营销副总裁设定点电流消耗线性度

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单芯片、通用输出数模转换器

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今日电子 2015年第4期 61-61页

AD5761R集成了16位数据转换器、±2ppm／℃的2．5V基准电压源、输出缓冲器和增益调节功能。因为内置了一系列创新功能，其不再需要增益设置精密电阻和放大器等外部元件。在数据采集和执行器控制应用中，该器件可简化并加快系统设计... 详细信息

AD5761R集成了16位数据转换器、±2ppm／℃的2．5V基准电压源、输出缓冲器和增益调节功能。因为内置了一系列创新功能，其不再需要增益设置精密电阻和放大器等外部元件。在数据采集和执行器控制应用中，该器件可简化并加快系统设计，并通过软件寄存器更新实现单极性和双极性操作。灵活的新型DAC在不增加系统设计工作量、成本或尺寸的前提下，便于多功能终端设备重复使用设计，同时通过多种输出电压范围增强系统功能。

关键词：输出缓冲器数模转换器单芯片通用调节功能数据转换器基准电压源创新功能

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0.5-22GHz超宽带模拟和数字自动电平控制系统研究

0.5-22GHz超宽带模拟和数字自动电平控制系统研究

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作者：张凡东南大学

学位级别：硕士

随着电子信息技术的飞速发展,各种集成芯片及电子元器件的使用场景和使用环境错综复杂,对系统输出信号的功率精确度及电平稳定性也提出了越来越高的要求。自动电平控制(Automatic Level Control,ALC)系统,就是针对由于元器件本身性能或... 详细信息

随着电子信息技术的飞速发展,各种集成芯片及电子元器件的使用场景和使用环境错综复杂,对系统输出信号的功率精确度及电平稳定性也提出了越来越高的要求。自动电平控制(Automatic Level Control,ALC)系统,就是针对由于元器件本身性能或工作环境的改变,利用采样-比较-动态调整-迭代这一流程使射频输出功率保持稳定可控的状态。ALC系统在信号发生器、通信收发系统、功放线性化、矢量网络分析仪等场景中扮演着极为重要的角色。本文针对工作频率覆盖0.5～22GHz的超宽带频率合成器中对输出电平调控的需要,分别对模拟和数字两种类型的超宽带ALC系统进行了深入研究,提出了具体的系统设计方案,进行了系统中主要功能模块的设计,完成了模拟和数字两种闭环系统的集成联调。本文主要工作内容如下: 1.在分析现有ALC系统的基本原理和主要架构的基础上,针对0.5～22GHz的超宽带工作频段,分别设计了模拟ALC环路和数字ALC环路的系统方案,对其可行性和合理性进行了详细的分析论证。为了保证实现超宽带ALC系统的总体性能指标,系统中数字衰减器、模拟衰减器、放大器及检波器等核心射频器件均采用超宽带器件并根据当前技术和市场状况选取了合适的器件型号。采用模块化设计思路,以利于分别研究每个超宽带电路的性能特点,为系统集成调试打下基础。 2.为了在模拟ALC系统中实现0.2dB的衰减量控制精度,对本课题组前期研制的基于TGL4203压控衰减器芯片的超宽带模拟衰减器的控制电路进行了改进。TGL4203芯片要求两路电压控制,为了与宽带检波器单路电压输出相适应,设计了一种单电压转换成双电压的驱动电路。在数字ALC系统设计中,基于ADI公司的ADRF5730芯片,设计了工作频率覆盖0.1～26.5GHz的超宽带数字衰减器,其衰减量控制精度为0.5dB。通过优化腔体结构和射频电路的布局,实现了良好的宽带幅频响应特性。为了使ALC系统的输出功率能达到给定的指标要求,基于IPA0030分布式功放芯片设计了两个超宽功率放大器模块,测试结果表明该放大器增益特性平坦。利用上述模拟和数字衰减器和宽带功放,可构成ALC环路中的增益可控组件。 3.基于ADI公司的超宽带均方根(RMS)功率检波芯片LTC5596,设计了一款超宽带检波器。该检波器对于输入功率的对数值(dBm)输出电压具有线性响应特性。为了提高抗干扰性能,将检波器的射频电路和供电电路分成两块独立的PCB单独设计,并安装在彼此隔离的金属屏蔽腔内。基于DS18B20温度传感器设计了检波器的实时温度监测电路。在完成了PCB及腔体的加工、组装之后,对影响检波电路稳定性及响应时间的外围电路参数进行了调试和优化,并完成了动态范围、检波灵敏度等关键技术指标的测试。实测结果表明,该检波器的线性动态范围达35dB,检波灵敏度典型值为29m V/dB,该检波器在0.5～30GHz频率范围内,输出电压具有良好的幅度平坦度。该检波器为后续超宽带ALC系统的构建及相关实验研究提供了性能优良的检波器硬件模块。 4.为了实现模拟ALC系统的闭环控制,基于ADI公司的16位DAC芯片LTC2664和ADA4898精密运算放大器芯片设计了反馈控制电路。在数字ALC系统中,为了实现对检波电压的精密检测,基于TI公司14位ADC芯片ADS7056和精密基准电压源芯片REF192设计了高精度的电压采样电路,并分析了ADC采样电路中输入缓冲电路和低通滤波器带宽要求。为了补偿由检波器和定向耦合器频率响应特性带来的参考电压的不平坦度,将功率检测电路的参考电压存储于单片机内置Flash中,利用单片机控制程序对输出功率进行校正。基于SSD1306 OLED(Organic Light-Emitting Diode)屏幕通过单片机程序完成频率、功率、电压和温度信息的辅助显示功能。为了方便调试,除射频模块之外反馈控制电路均在一块单片机控制板上实现。 5.基于由超宽带模拟衰减器、数字衰减器和放大器组成的增益可控模块和由检波器、耦合器和单片机控制板组成的功率检测与控制模块,分别搭建了超宽带模拟ALC和数字ALC实验验证系统。通过调试积分器电容和单片机迭代程序的方式解决了控制环路不稳定的问题。在完成参考电压采集和实现环路能够稳定控制输出功率的基础上,分别对模拟ALC系统和数字ALC系统在输出电平精度、动态范围、频谱成分和响应时间等关键性能指标进行了详细的测试。实测结果表明,在0.5～22GHz的工作频率范围内,输入功率在-5～5dBm的动态范围内,模拟ALC系统和数字ALC系统的输出功率都可实现在0～5dBm之内有效控制,其中模拟ALC系统的控制精度优于±0.2dB,数字ALC系统的控制精度优于±0.5dB。为了拓宽系统的输出电平可控动态范围,在环路外输出端接入一个动

关键词：超宽带自动电平控制衰减器放大器检波器模数转换器数模转换器

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高精度磁共振成像梯度信号发生与智能测试

高精度磁共振成像梯度信号发生与智能测试

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作者：王天琪北京化工大学

学位级别：硕士

磁共振成像（MRI）技术以软组织对比度高、对人体无电离辐射损伤、可任意方位成像等优点,已经成为了一种主流的医学影像技术。谱仪作为MRI系统的关键设备,其产生的梯度信号对成像有着重要的影响,先进的成像方法要求梯度信号在时间上和... 详细信息

磁共振成像（MRI）技术以软组织对比度高、对人体无电离辐射损伤、可任意方位成像等优点,已经成为了一种主流的医学影像技术。谱仪作为MRI系统的关键设备,其产生的梯度信号对成像有着重要的影响,先进的成像方法要求梯度信号在时间上和幅度上都具有很高的分辨率。目前梯度信号发生的研究与实现已取得较好的成果,但是还存在着以下不足之处:一是对计算资源要求高,导致器件成本高,影响谱仪功能的集成;二是梯度信号的输出特性还有不足之处,数模转换器字长大多为16位,梯度输出信号精度有待提高。针对发展高性能、高集成度成像谱仪的需求,本论文研究基于FPGA（Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列）的高精度磁共振成像梯度信号发生,主要研究工作包括:（1）开发了一种高分辨率的磁共振成像梯度信号发生器,以单片FPGA芯片为梯度信号控制及计算单元的核心,采用4片字长为24 bit的高性能数模转换器PCM1794实现模拟波形发生。该梯度信号发生器分别输出X,Y,Z三个方向的梯度波形和静磁场B0的涡流补偿波形。（2）设计了FPGA程序实现梯度的实时控制与计算方法,将每一方向的并行计算改为串行计算,并且优化FPGA程序,使得预加重周期为1μs,波形更新周期最小也可达1μs。这种计算架构节省了大量的FPGA计算资源,降低了梯度计算对FPGA性能的要求。（3）为验证该梯度信号发生器的性能,进行了梯度信号发生实验和成像实验,结果表明该梯度信号发生器能够正确生成高精度磁共振成像梯度信号波形,满足磁共振成像对于梯度信号的要求。（4）为了克服示波器观察梯度信号的局限性,通过高速采集卡和Lab VIEW软件对梯度波形进行采集与存储,并通过软件自动分析梯度波形参数,判断是否与预定的参数相同,从而实现对梯度信号的智能测试。课题的研究工作得到了符合预期的实验结果,所设计的磁共振成像梯度信号发生器能够满足成像需求,从而有助于构建高性能、高集成度的磁共振成像谱仪。

关键词：磁共振成像梯度信号发生器预加重 FPGA 数模转换器

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一款12bit分段电阻分压式DAC的设计

一款12bit分段电阻分压式DAC的设计

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作者：苟珂玮辽宁大学

学位级别：硕士

在信息技术日益发展的今天,数字信号由于其高抗干扰性等优点成为了数据传输的最优解,但由于模拟信号在自然界中普遍存在,所以数据转换器应运而生。随着对模拟与数字信号处理的需求日益增多,信息处理系统在高精度、高速、低功耗等方面对... 详细信息

在信息技术日益发展的今天,数字信号由于其高抗干扰性等优点成为了数据传输的最优解,但由于模拟信号在自然界中普遍存在,所以数据转换器应运而生。随着对模拟与数字信号处理的需求日益增多,信息处理系统在高精度、高速、低功耗等方面对数据转换器提出了更高的要求。本文设计了一款12位分段电阻分压式的数模转换器（Digital-to-Analog Converter,DAC）,采用“7MSB+5LSB”的分段比,能以最高30MSPS的工作速率工作;采用5V单电源供电,实现轨到轨输出范围,正常工作状态下仅消耗0.55m A电流;内置可供片外使用的低温漂带隙基准电压源,基准输出2.5V;并采用0.6μm CμMOS工艺完成流片,版图面积为1375×1815μm2。本文在给出设计的性能指标要求之后,确定DAC电路的主要组成模块,包括带隙基准模块、修调模块、DAC转换内核模块、输出运放模块等模拟电路模块,以及移位寄存器等数字模块。详细阐述了各主要模块的设计方案、电路结构以及前仿真结果。对于带隙基准模块,本文在传统带隙基准结构的基础上,利用VBE差值产生含有TT ln非线性分量的电流叠加在基准电压输出端上的方法进行二阶曲率补偿,完成了可供片外使用的低温漂带隙基准电压源。并且针对工艺产生的漂移现象设计了对应的数字修调电路,可以在芯片封装完成之后通过输入串行码的方式对基准电压的温度系数以及电压值两个参数进行修调。对于DAC转换内核模块,首先,在分析分段电阻分压式结构的非线性误差来源以及影响非线性误差因素的基础上,结合工艺厂商提供的电阻工艺偏差针对性的对单位电阻的面积进行合理规划,保证低非线性误差的设计要求。其次,针对DAC转换内核中的NMOS开关从最低位到最高位的内阻随栅源电压以及源衬电压的变化呈现出非线性的递增趋势,从而引入非必要的非线性误差这一问题,通过对开关尺寸的重新规划将其影响降到了最低。随后设计了DAC的版图,并结合提取的版图网表进行后仿真验证,后仿真结果与前仿真结果对比相差较小,可以满足设计指标要求。最后采用了塑封SOP8形式进行封装,并完成了20个芯片样片的成品测试。测试结果表明,所有样片均可以实现12位数据转换,功能正确。常温下20个样片的微分非线性（Differential Non-Linearity,DNL）误差均在±0.25LSB以内,积分非线性（Integral Non-Linearity,INL）误差控制在±2LSB以内;在5V电源电压条件下,正常工作最多消耗0.56m A静态电流,经过修调后的基准电压在-55℃+125℃温度范围内的温度系数可低至2.1ppm/℃,基准电压偏差小于0.2%,达到设计要求。

关键词：数模转换器分段电阻分压式非线性误差低温漂带隙基准

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