硬件基础（4）：（2）认识ADC参考电压

**ADC参考电压（Vref）**是用于定义ADC采样范围的一个重要参数，以下是对 ADC 参考电压的详细解释：

1. ADC参考电压的定义

ADC的参考电压是指在进行模拟到数字转换时，ADC所能测量的最大模拟输入电压。这意味着：

• ADC的输入电压必须在 0 到参考电压（Vref）之间。
• Vref决定了ADC输出的数字值与输入模拟信号之间的映射关系。

2. 如何影响采样值

当我们向 ADC 提供一个输入信号时，这个信号的电压将根据参考电压进行转换。具体地，模拟输入信号的电压值会被映射到数字输出值，这个过程的关键因素就是参考电压。我们可以通过以下公式来理解这一点：
$$\text{数字输出值}=\left(\frac{\text{输入电压}}{\text{参考电压}}\right)\times (2^n-1)$$

• n 是ADC的分辨率，比如一个 12 位的 ADC 有 4096 个可能的输出值（2^12 = 4096）。
• 输入电压 是传入ADC的模拟信号电压。
• 参考电压 是用来决定转换范围的基准电压。

如果我们使用一个 12 位的 ADC，并且参考电压为 3.3V，当输入电压为 1.65V 时，输出的数字值将是：
$$\text{数字输出值}=\left(\frac{1.65}{3.3}\right)\times 4095\approx 2047$$

3. 参考电压的选择

• 内部参考电压：许多微控制器（例如 STM32）提供内置的参考电压，如 1.2V、2.5V 等。这些参考电压通常稳定，但有时会受到温度变化的影响，精度较低。
• 外部参考电压：我们也可以选择外部参考电压源，这样可以选择一个更稳定、精度更高的电源，以提高ADC的精度。常见的外部参考电压源包括高精度的稳压器或专门的精密参考源。
• 参考电压的影响：
  • 较高的参考电压：如果参考电压较高，ADC的测量量程将更大，因为输入电压最大可以到参考电压。
  • 较低的参考电压：若参考电压较低，ADC的分辨率就会变得更加细致，会提高电压测量的额精度。因此，选择合适的参考电压对于获得更精确的采样非常重要。

4. 如何选择参考电压

• 根据输入信号范围：选择一个适当的参考电压来确保输入信号的范围完全在 ADC 的采样范围内。例如，如果你要测量 0～5V 的信号，选择 5V 作为参考电压。
• 确保不会过载：输入信号电压不能超过参考电压。如果输入信号的电压超过参考电压，ADC 会将它视为最大值，并产生溢出错误。
• 提高精度：如果需要更高精度的测量，可以选择一个较低但稳定的参考电压，如 2.5V 或 1.2V，配合高精度的参考源来提高测量精度。

5. 总结

• 参考电压是影响 ADC 精度的一个关键参数，它决定了模拟信号和数字值之间的映射关系。
• 参考电压选择应基于输入信号的范围，并且根据所需的精度来决定使用内置参考源还是外部参考电压源。
  压选择应基于输入信号的范围，并且根据所需的精度来决定使用内置参考源还是外部参考电压源。
• 适当的参考电压可以优化 ADC 的性能，确保测量的精确度和稳定性。