说说 SN 单片机AD转换的参考电压配置

说说 SN 单片机AD转换的参考电压配置
       AD 转换都会配置一个参考电压,符号是"AVREF" 或 "VREF",有些单片机里,没有专门的外部 AVREF 引脚,而有些则有这个引脚.我们就从有这个 AVREF 引脚的电路来说说.
      图示是 SN27143 芯片的参考电压配置,图一是使用 TL431 稳压提供,图二是使用电阻分压提供,那么,究竟哪一种配置更好呢?

     从稳压精度上说,使用 TL431 的似乎肯定是好的,无论如何,5V 供电通常就是 7805 或 开关电源供电,级别当然比不上 TL431,但是,偏偏有些场合就不是这样,这要看看输入 AD 的模拟信号的类型或属性.
      如果,输入信号是与芯片5V供电毫无关联的模拟电压信号,例如电池电压,热电偶经过放大器后的温差生成电压等等,这种情况下,就需要使用 TL431 甚至更好的稳压器件来提供精准稳定的 AVREF 电压,以便保证在 5V 供电变化时,测量信号的"砝码"不会改变.
        可是,如果遇上输入的 AD 信号如图三所示,情况就大大不同了.

      假设,图三的 Rt 是一个负温度系数的热敏电阻,那么,在测量温度的变化时,引起自身阻值的变化,从而让输入到单片机 AD 输入信号也发生变化.
     图三是一个普通典型的热敏电阻输入电路, 20k 电阻从 5V 供电向传感器 Rt 供电,与传感器 Rt 并联的 105 电容器用于滤除线路上可能引入的交流干扰,稳定输入信号,还有一个 100K 电阻与 Rt 并联,其作用就是可以线性化 Rt 的变化曲线,同时限制热敏电阻的等效最大值.与 100K 并联后,不可能大于 100K ,过大的电阻,实际与单片机输入阻抗会严重失配,同时,传感器等效变化会低温区很大,高温区很小.
      回到 AD 参考电压 AVREF 上来,此时,改变传感器到 AD 输入电压的还有元器件自身的温度系数,供电电压的变化,这些变化,并不是真正的测量温度变化,结果,测量误差就加大了.
     先分析 5V 供电的变化,如果它变低了, AVREF 也会跟着低,AVREF 变低,意味着 AD 测量值在信号实际没有改变时,也会自动变大.而因为供电电压变低,提供给传感器的电流会变小,让输入到 AD 的信号也变小.
     这么几个主要的变化,可以分析出: 供电变低导致 AVREF 变低,从而让读数变大,(传感器为负温度系数时,显示温度值变小),而流经传感器的电流变小,会让输入到 AD 的信号变小,读数也就变小,(传感器为负温度系数时,显示温度值变大),注意上面 2 个括号里的文字意思是相反的,它们可以起到一个互相补偿的作用.
      至于作用量的大小,与具体情况有很大关系,定量分析也是非常麻烦的.
     可以实际试一下: 温度传感器使用固定电阻代替,以维持输入信号固定不变.
     当使用 TL431 作为 AVREF 时, 供电从 5V 变化到 4V,流过传感器的电流变小,信号电压也就变小,但是 AVREF 维持不变,温度值会产生很大的变化,高了好几度.
     当使用电阻分压作为 AVREF 时, 供电从 5V 变化到 4V,流过传感器的电流变小,信号电压也就变小,AVREF 也跟着变小,温度值的变化就少多了,仅仅变化零点几度.
     如果上面的传感器不是负温度系数而是正温度系数,例如 PT100 ,CU50 等热电阻,上述分析硬件情况就不相同了,它们是具有电流变小→信号变小→显示温度值也变小的特征,与热敏电阻信号变小显示温度变大方向是相反的. 这就需要软件配合,把这种关系反过来处理.好在编制温度表格时,热敏电阻与 PT100 热电阻的顺序本身就是相反的.前者从大到小,后者从小到大.
     这说明,AD 转换的参考电压也是需要根据实际情况来配置的.千万不能盲目认定使用稳压管就一定好!
     以上仅供参考! 欢迎指导与谈论.