Zweck von Vref in MCUs/ADCs

Was ist Vref in ADCs?

Vref ist die Referenzspannung, mit der der ADC digitale Werte berechnet. Natürlich können Sie bei vielen ADCs die Chip-Spannungsversorgung als Referenzspannung verwenden, aber sie wäre verrauscht und nicht sehr konsistent oder genau und würde mit der Zeit driften.

Wenn Sie also nach sehr genauen Ergebnissen von Ihrem ADC suchen, verwenden Sie eine sehr stabile Spannungsreferenz, die eine anfängliche Genauigkeit hat, die sehr nahe an der auf der Dose angegebenen ist (und eine sehr geringe Drift mit Temperatur und Zeit).

Wenn Sie sich nicht um diese Dinge kümmern, verwenden Sie Vcc als Referenzspannung.

Vref ist die Referenzspannung – ADCs arbeiten, indem sie das Verhältnis zwischen einer Eingangsspannung und ihrer Referenzspannung bestimmen (DACs arbeiten umgekehrt und geben eine Spannung an, die das Verhältnis zwischen der Referenz und der Eingangszahl ist – oder in älteren DACs einen Strom das ist proportional zu einem Referenzstrom).

Wenn Sie einen ADC oder die ADC-Funktion eines Mikrocontrollers verwenden, müssen Sie das Datenblatt sorgfältig studieren und verstehen, was die Vref dieses Teils tut. Verschiedene Teile haben unterschiedliche Bereiche dessen, was akzeptable Eingaben für Vref sind, und die Beziehung zwischen Vref und ihren Ausgaben. Einige ADCs und einige Mikroprozessoren treiben eine Spannung aus ihren Vref-Pins oder können so programmiert werden.

Um die anderen Antworten ein wenig zu erläutern, kann Vref ein Eingang oder ein Ausgang sein (je nach Gerät). Wenn es sich um einen Eingang handelt, ist dies eine Möglichkeit, empfindliche Teile des Chips mit genau 5.000 V zu versorgen. Wenn es sich um einen Ausgang handelt, sagt er Ihnen, was die interne Stromversorgung des Chips bereitstellt (die Sie möglicherweise für andere Teile Ihrer Schaltung benötigen). Chips wie die Arduino Atmels haben es als programmierbaren Eingang - das heißt, es verwendet standardmäßig die 5 V von Vin, es sei denn, Sie legen einen Schalter mit dem Code um, den Sie ausführen, um stattdessen speziell den Vref-Pin zu verwenden.

Der Grund dafür (insbesondere bei ADCs) ist, dass sie bei der Umwandlung einer analogen Spannung in eine digitale eine Spannungsreferenz verwenden, um dies zu tun. Nehmen wir an, dass ein bestimmter ADC sagt, dass er jede Spannung von 0,0 bis 5,0 V in 0-1024 umwandeln kann. Wenn Sie sich vorstellen, 2,5 V einzulegen, erwarten Sie vom ADC einen Messwert von 512 (mathematisch: 2,5/5,0 * 1024). Wenn der ADC jedoch Vdd als Referenz verwendet und die Stromversorgung in diesem Moment möglicherweise etwas hoch war, lieferte er auch 5,2 V. Das würde bedeuten, dass der 2,5-V-Eingang 492 zurückgeben würde (dh 2,5 / 5,2 * 1024). Aufgrund dieses niedrigen Messwerts schaltet der Schaltkreis um ihn herum etwas ein, was zusätzlichen Stromversorgungsstrom zieht, sodass die zugeführte Spannung auf 4,9 V abfällt ... und jetzt der 2,5-V-Wert 522 beträgt.

Um dieses offensichtliche Problem zu vermeiden, vergleicht der ADC den Eingang mit einer hochpräzisen Spannungsquelle. Chips wie der Arduino können dafür ihre eigene, interne Präzisionsstromversorgung verwenden, oder Sie können einen externen Chip verwenden, um die Präzisionsspannung bereitzustellen, die der ADC in seinen Vergleichen verwendet.

Wie das alte Sprichwort sagt: "Sie bekommen, wofür Sie bezahlen". Die in Arduino eingebaute Spannungsquelle ist ziemlich gut - und reicht für fast alle möglichen Dinge aus, an die sich Arduinos wirklich gewöhnen. Wenn Sie jedoch eine Art analoge Superpräzisionsmessungen durchführen, möchten Sie vielleicht ein paar Euro mehr für eine Präzisionsspannungsquelle ausgeben und diese dann an den Vref-Pin anschließen, damit der ADC eine superkonstante Superspannung erhält - die ganze Zeit über eine genaue 5,0-V-Referenz.