为什么需要电压基准部件?电压基准对A/D和D/A转换影响

电源不再像以前那样

在制造商之前的时代，模拟电路通常在 ±12 V DC或 ±15 V DC电源上运行，而数字电路通常在 +5 V DC上运行。远离“轨道”，模拟信号通常保持在 ±10 V DC范围内，使单位/毫伏标度变得容易心算。通过线性调节，电源电压通常非常干净。噪音仍然在背景中，但大部分时间都有很大的信噪比 （SNR） 覆盖它。A/D 和 D/A 转换器的位分辨率很小，因此步长也比噪声大得多。

然后数字优先的思维接管了。缩小的数字半导体工艺使得 +5 V 操作在很大程度上已经过时——我们很快就会看到一个明显的例外——停止在 +3.3 V、+1.8 V、+1.2 V 甚至亚伏操作。那些清洁但效率极低的线性稳压电源让位于更高效但噪音更大的开关模式电源技术。混合信号工艺在数字芯片上带来了模拟电路，通常在较低的数字电源电压下运行。转换器分辨率增加，步幅变窄。所有这些都对模拟信噪比不利，引发了对转换器精度的担忧。

可能有一个别针，或者没有

回到我的开场白——当然，最重要的词是“可能”。低端器件通常只为 A/D 或 D/A 转换器提供内部参考电压。这在引脚数少的封装中尤其常见，没有外部电压基准引脚的空间。小包装往往放在小板上。内部电压基准可节省外部部件并占用更少的空间。如果这就是要使用的东西，那就使用它。

对于较大的部件，通常可以在内部参考电压和由VREF引脚提供的参考电压之间进行选择。使用内部参考的缺点之一是它可能会在零到其值的范围内偏移。这将转换器的中点置于该范围的中间。基于外部运算放大器的电平转换电路可以使事情集中在更好的优势上。

许多制造商都考虑过 V REF将转换器范围排列到 ±V REF和零伏的中点。即使只是将范围增加一倍也可以提高信噪比。此外，控制 V REF可能对数字更友好。可以将 V REF设置为 4.096 V 之类的二进制值，而不是使用 2.5 V 或 3.3 V之类的电压，这是与具有 4096 个值的 12 位转换器匹配的精确数字。

窃取一些电压并增加稳定性

有人可能会问：如果某个部件在 3.3 V DC下运行，如何获得更高的 V REF电压？好消息是 V REF背后不需要很多电流。电路板上可能存在更高的电压。例如，如果电路板有一个 USB 端口，那么附近就有 5 V DC可用。小型电压基准部件可以将其转换为较低的 V REF。如果需要开关稳压器，则有一些小部件需要外部电感器和其他一些部件来产生更高的电压以运行到电压基准中。

那么，为什么需要电压基准部件呢？它归结为准确性和稳定性。请记住，数字电源可能会有所不同，在某些情况下最高可达 ±5%。使用转换器的数字电源会将所有变化和噪声直接注入转换结果。电压参考受到更严格的控制。初始精度值通常在 0.05% 到 0.5% 范围内。噪声通常在数百微伏或更低的范围内测量。温度系数也保持在较低水平；电路板并不总是在室温下运行，V REF可能会漂移。

一个外部 V REF和创建它所需的部件可以帮助提高转换器的准确性并轻松使用结果。有很好的选择指南，其中包含更多关于电压参考因素如何从多家制造商在线转换的信息。这是一个高级主题，但如果您要花更多钱购买更精确的 A/D 或 D/A 转换器，那么投资外部参考是有意义的。

在通用动力公司从事导弹制导系统工作十年后，Don Dingee成为摩托罗拉 VMEbus 和单板计算机技术的传道者。他为 Planet Analog 撰写有关传感器、ADC/DAC 和信号处理的文章。