基本介紹
- 中文名：參考電壓
- 外文名：Voltage reference
- 別稱：基準電壓
- 含義：測量電壓值時，用作參考點電壓值
簡介,背景知識,基本原理,分類,標準電池,溫度補償基準穩壓管,集成參考電壓源,舉例,
簡介
指測量電壓值時，用作參考點的電壓值。在測量電壓時，一般用地作為參考點，測量時電壓表的負端接地，正端接被測點，這樣測得的值即被測點的電壓值。當然也可以不以地作為參考點，而以一個參考電壓（例如+2V）作為參考點，如果被測點相對於地的電壓是+5V，那么該點相對參考電壓的電壓就是+3V。
這跟測量高度是一個道理。在可調電源IC中，Vref通常等於1。23V，其值乘以（1+R2/R1），即為輸出電壓值。
背景知識
參考電壓源或電壓參考（Voltage Reference）通常是指在電路中用作電壓基準的高穩定度的電壓源。隨著積體電路規模的不斷增大。尤其是系統集成技術（SOC）的發展，它也成為大規模、超大規模積體電路和幾乎所有數字模擬系統中不可缺少的基本電路模組。
在許多積體電路和電路單元中，如數模轉換器（DAC）、 模數轉換器（ADC）、線性穩壓器和開關穩壓器，都需要精密而又穩定的電壓基準。在數模轉換器中，DAC根據呈現出其輸入端上的數字輸入信號，從DC參考電壓中選擇和產生模擬輸出；在模數轉換器中，DC電壓墓準又與模擬輸入信號一起用於產生數位化的輸出信號。
在精密測量儀器儀表和廣泛套用的數字通信系統中都經常把參考電壓源用作系統測量和校準的基準。因此，參考電壓源在模擬積體電路中占有很重要的地位，它直接影響著電子系統的性能和精度。近年來對它的研究也一直很活躍，運用雙極型工藝製成的參考電壓源已能達到相當高的性能和精度。
與之同時，二十世紀七十年代以來，由於對MOS電晶體的基本理論和製造技術的深入研究，加上電路設計和工藝技術的進步，MOS模擬積體電路得到了迅速發展。其中CMOS電路更是憑其工藝簡單、器件面積小、集成度高和功耗低等優點，成為數字積體電路產品的主流。在這一背景下，為了獲得低成本、高性能的模擬積體電路產品，基於標準數字CMOS工藝的各種高精度模擬電路受到了人們的關注，並成為集成電技術中的一個重要研究領域。而各種高精度參考電壓源由於其在數字模擬系統中的廣泛套用，更加具有廣闊的開發與套用前景。
基本原理
理想的參考電壓源應不受電源和溫度的影響，在電路中能提供穩定的電壓，“基準”這一術語正說明參考電壓源的數值應比一般電源具有更高的精度和穩定性。
一般情況下，可用電阻分壓作為參考電壓，但它只能作為放大器的偏置電壓或提供放大器的工作電流。這主要是由於其自身沒有穩壓作用，故輸出電壓的穩定性完全依賴於電源電壓的穩定性。另外，也可用二極體的正向壓降作為參考電壓，它可克服上述電路的缺點，得到不依賴於電源電壓的恆定參考電壓，但其電壓的穩定性並不高，且溫度係數是負的，約為-2mV/℃。還可用矽穩壓二極體(簡稱穩壓管或齊納管)的擊穿電壓作為參考電壓，它可克服正向二極體作為參考電壓的一些缺點，但其溫度係數是正的，約為+2mV/℃ 。因此，以上幾種均不適用於對參考電壓要求高的場合。於是，在這種迫切的市場需求和設計者的不斷努力下，高精度的參考電壓源應運而生，並且種類繁多。
分類
從工作原理的角度來看，主要分為三類：標準電池、溫度補償基準穩壓管和積體電路固體參考電壓源（簡稱集成參考電壓源）。
標準電池
標準電池可分為飽和型和非飽和型兩種。
飽和型標準電池輸出電壓為1.018V，長期穩定性能達到1μV/年（即1ppm/年）；但溫度係數較大，在接近200℃時，總溫度係數約 -40μV/℃ 。由於飽和型標準電池正負級的溫度係數不同，在電極間溫差僅0.0010℃時，就能引起0.3pV左右的電動勢變化，因此要求使用中保持正負級的溫度均衡。
非飽和型標準電池的溫度係數較小，在接近20'C時約為-5μV/℃左右；但長期穩定性較差，年變化大於20-40μV/年。以上兩種電池都有溫度特性的滯後效應，且不能滿載使用，但因其噪聲低、電動勢穩定、製造方便、造價便宜，因此在大多數隻要求短期穩定性的精密電源中有廣泛的套用。
溫度補償基準穩壓管
溫度補償基準穩壓管的溫度係數可低達5μV/℃，且體積小、重量輕、結構簡單便於集成；但存在噪聲大、負荷能力弱、穩定性差以及參考電壓較高、可調性較差等缺點。這種參考電壓源不適用於攜帶型和電池供電的場合。
集成參考電壓源
運用半導體積體電路技術製成的參考電壓源種類較多，如深埋層穩壓管集成基準源、雙極型電晶體集成帶隙基準源、CMOS集成帶隙基準源等。“帶隙基準源”是七十年代初出現的一種新型器件，它的問世使基準器件的指標得到了新的飛躍。從這些基準源中可獲得1.22V至l0V中的各檔參考電壓。由於建立在非表面的帶隙機理上，因此比基於表面擊穿的穩壓管器件更加穩定，選就能實現優於溫度係數可達μV/℃（即2ppm/℃） ，輸出電阻極低，更重要的是它無需挑60ppm的長期穩定性。由於帶隙基準源具有高精度、低噪聲、優點，因而廣泛套用於電壓調整器、數據轉換器（A/D， D/A）、集成感測器、大器等，以及單獨作為精密的電壓基準件，低溫漂等許多微功耗運算放。
從電路的連線方式角度來看，參考電壓源主要分為兩類。一類是三端式（輸入、輸出和公共引出端），又稱串聯式基準源。這種基準源的主要優點是靜態電流比較低，可預先調整好標準輸出電壓，輸出電流可以很大，而又不損失精度。另一類是二端式，又稱並聯式基準源。這種基準源的主要優點是工作極性比較靈活，但對負載要求比較嚴格，有時只能提供非標準電壓。
舉例
參考電壓：假如你選擇的參考電壓是5v，你的ad是12位的，那么當你的輸入電壓是5v的時候你的單片機的顯示應該是4095，如果是0v的輸入那單片機裡面的值就是0，中間點的值成線性關係，就是說假如你的輸入是m，那單片機單片機的值就是4096*m/5，這樣反過來你知道了單片機的值就可以算出你的輸入是多少了。
還有在信號地和模擬地之間加上一個電感是為了去干擾，就像在vcc和GND之間用電容一樣。 ad轉換時的參考電壓是內部T行網路的標準電壓，參考電壓可以認為是你的最高上限電壓（不超過電源電壓），當信號電壓較低時，可以降低參考電壓來提高解析度。改變參考電壓後，同樣二進制表示的電壓值就會不一樣，最大的二進制表示的就是你的參考電壓，在計算實際電壓時，就需要將參考電壓考慮進去。參考電壓的穩定性對你的系統性能有很大的影響。
