電壓基準如何影響 AD 和 DA 轉(zhuǎn)換

外部電壓參考引腳可能允許更高的電壓源(與數(shù)字電源軌相比)微控制器本身)以獲得更寬的模擬輸入范圍，或更穩(wěn)定的信號源以獲得更高的精度。這有點過于簡單化了。因此，電壓參考因素如何轉(zhuǎn)化為值得一看的。

電源不再像以前那樣

在制造商之前的時代，模擬電路通常在 ±12 V DC或 ±15 V DC電源上運行，而數(shù)字電路通常在 +5 V DC上運行。遠離“軌道”，模擬信號通常保持在 ±10 V DC范圍內(nèi)，使單位/毫伏標度變得容易心算。通過線性調(diào)節(jié)，電源電壓通常非常干凈。噪音仍然在背景中，但大部分時間都有很大的信噪比 (SNR) 覆蓋它。A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器的位分辨率很小，因此步長也比噪聲大得多。

然后數(shù)字優(yōu)先的思維接管了?？s小的數(shù)字半導體工藝使得 +5 V 操作在很大程度上已經(jīng)過時——我們很快就會看到一個明顯的例外——停止在 +3.3 V、+1.8 V、+1.2 V 甚至亞伏操作。那些清潔但效率極低的線性穩(wěn)壓電源讓位于更高效但噪音更大的開關(guān)模式電源技術(shù)。混合信號工藝在數(shù)字芯片上帶來了模擬電路，通常在較低的數(shù)字電源電壓下運行。轉(zhuǎn)換器分辨率增加，步幅變窄。所有這些都對模擬信噪比不利，引發(fā)了對轉(zhuǎn)換器精度的擔憂。

可能有一個別針，或者沒有

回到我的開場白——當然，最重要的詞是“可能”。低端器件通常只為 A/D 或 D/A 轉(zhuǎn)換器提供內(nèi)部參考電壓。這在引腳數(shù)少的封裝中尤其常見，沒有外部電壓基準引腳的空間。小包裝往往放在小板上。內(nèi)部電壓基準可節(jié)省外部部件并占用更少的空間。如果這就是要使用的東西，那就使用它。

對于較大的部件，通?？梢栽趦?nèi)部參考電壓和由VREF引腳提供的參考電壓之間進行選擇。使用內(nèi)部參考的缺點之一是它可能會在零到其值的范圍內(nèi)偏移。這將轉(zhuǎn)換器的中點置于該范圍的中間。基于外部運算放大器的電平轉(zhuǎn)換電路可以使事情集中在更好的優(yōu)勢上。

許多制造商都考慮過 V REF將轉(zhuǎn)換器范圍排列到 ±V REF和零伏的中點。即使只是將范圍增加一倍也可以提高信噪比。此外，控制 V REF可能對數(shù)字更友好?？梢詫?V REF設置為 4.096 V 之類的二進制值，而不是使用 2.5 V 或 3.3 V之類的電壓，這是與具有 4096 個值的 12 位轉(zhuǎn)換器匹配的精確數(shù)字。

竊取一些電壓并增加穩(wěn)定性

有人可能會問：如果某個部件在 3.3 V DC下運行，如何獲得更高的 V REF電壓?好消息是 V REF背后不需要很多電流。電路板上可能存在更高的電壓。例如，如果電路板有一個 USB 端口，那么附近就有 5 V DC可用。小型電壓基準部件可以將其轉(zhuǎn)換為較低的 V REF。如果需要開關(guān)穩(wěn)壓器，則有一些小部件需要外部電感器和其他一些部件來產(chǎn)生更高的電壓以運行到電壓基準中。

那么，為什么需要電壓基準部件呢?它歸結(jié)為準確性和穩(wěn)定性。請記住，數(shù)字電源可能會有所不同，在某些情況下最高可達 ±5%。使用轉(zhuǎn)換器的數(shù)字電源會將所有變化和噪聲直接注入轉(zhuǎn)換結(jié)果。電壓參考受到更嚴格的控制。初始精度值通常在 0.05% 到 0.5% 范圍內(nèi)。噪聲通常在數(shù)百微伏或更低的范圍內(nèi)測量。溫度系數(shù)也保持在較低水平;電路板并不總是在室溫下運行，V REF可能會漂移。

一個外部 V REF和創(chuàng)建它所需的部件可以幫助提高轉(zhuǎn)換器的準確性并輕松使用結(jié)果。有很好的選擇指南，其中包含更多關(guān)于電壓參考因素如何從多家制造商在線轉(zhuǎn)換的信息。這是一個高級主題，但如果您要花更多錢購買更精確的 A/D 或 D/A 轉(zhuǎn)換器，那么投資外部參考是有意義的。