電源供應與電壓調節

電壓參考(voltage reference)

電壓參考是穩定的量尺,穩壓器——或類比數位轉換器、或精密電表——拿它來衡量一切。穩壓器只能把輸出守得跟它所比對的參考一樣穩,正如木匠只能做到手中那把尺的精度。若尺隨溫度伸縮,每個量測都會錯;好的電壓參考是一把拒絕隨溫度、電源電壓、負載或時間改變的尺。

最簡單的參考是稽納二極體:把它逆向偏壓越過崩潰電壓,它就釘在大致固定的電壓上。它便宜但平庸——電壓隨電流移動、隨溫度漂移,而且吵。精密的答案是能隙參考,一個巧妙的電路,產生約 1.2 V 且溫度漂移近乎為零。品質以每度 C 百萬分之幾(ppm/°C)衡量:便宜的稽納也許漂 1000 ppm/°C,好的能隙則守在 5 到 50 ppm/°C。例如:一顆標示 10 ppm/°C 的 2.5 V 參考,每度 C 只移動 2.5 times 10 / 1,000,000 = 25 uV——四十分之一毫伏。

為何重要:參考是精度沉默的地基。在穩壓器裡它設定輸出電壓;在 ADC 或 DAC 裡它設定每個碼的意義,所以一個漂移 0.1% 的參考,會在系統取的每一筆讀值上加 0.1% 的誤差。每當設計需要準確而不只是穩定——電壓表、電池充電器的截止點、感測器前端——限制它能有多好的,通常是參考而非運放。

一顆以 4.096 V 參考運作的 12 位元 ADC,解析度為 4.096 V / 4096 = 每階 1 mV。若那參考是漂 1000 ppm/°C 的稽納,升溫 10 度就使它移動 4.096 times 0.01 = 41 mV——整整 41 階的誤差。換成 10 ppm/°C 的能隙,同樣升溫的代價不到半階。

整個系統所信賴的量尺——它的漂移會變成所有人的誤差。

穩壓的輸出不會自動就是好參考。穩壓器是為電源軌的電流與穩定而做,而非專用參考那種數 ppm 的精度;做精密量測時請用真正的參考元件,而不是 5 V 電源軌。

又称
referenceVref基準電壓