硬件基础(4):(5)设置ADC电压采集中MCU的参考电压

Vref 引脚通常是 MCU (特别是带有 ADC 的微控制器) 上用来提供或接收基准电压的引脚,ADC 会以该基准电压作为量程参考对输入模拟信号进行数字化转换。具体来说:

  1. 命名方式
    • 在不同厂家的 MCU 中,Vref 引脚可能会被标记为 VREF+ / VREF- / VREF_IN / VREF_OUT 等。
    • 有些 MCU(如部分 STM32 系列)可能将 VDDA(模拟电源)作为参考电压供电,也会提供一个单独的 VREF+ 引脚用于精确基准电压的输入。
  2. 作用
    • 提供 ADC 的最高量程参考:当 ADC 测量一个模拟信号时,其数字结果是按照 “输入电压 / Vref” 的比例来计算的。
    • 可选内部或外部参考:不少 MCU 内部集成了一个参考电压源,但精度或稳定性可能不如外部高精度基准源,因此在需要更高精度场合,通常会将外部基准电压接到 Vref 引脚。
  3. 使用方式
    • 外部供给:在 Vref 引脚上接一个高精度、低噪声的参考电压源(如 2.5V、3.0V、3.3V 等),这时 MCU 会使用该电压作为 ADC 的基准。
    • 内部参考:如果 MCU 内部提供了可用的基准电压(比如 1.2V、2.048V、2.5V 等),你可以在软件中配置使用内部参考,这种情况下 Vref 引脚可能需要特定的连接或根据数据手册的建议处理。
  4. 注意事项
    • 不能超过芯片规格:Vref 通常不得超过 MCU 的模拟电源或规定的最大电压。
    • 去耦与滤波:在 Vref 引脚附近放置小电容 (如 100nF) 到地,用于滤除高频干扰,提高 ADC 测量的稳定性。
    • PCB 布线:保证 Vref 相关布线短、远离高噪声电路,并且参考电压回路最好接到模拟地 (AGND),减少数字噪声干扰。

简单来说,MCU 的 Vref 引脚就是给 ADC 提供基准电压的专用引脚。如果你的应用需要高精度 ADC 测量,给 Vref 输入一个稳定、低噪声的外部参考电压会比用 MCU 内部参考更有优势。

根据 ST 官方资料以及常见的 STM32L0 系列器件特性,STM32L071KZT6 并没有单独的 VREF+ 引脚像某些大容量系列那样单独呈现;它通常将ADC 的参考电压与模拟电源引脚(VDDA)共用。换句话说,当需要使用外部基准电压时,通常就是往 VDDA(以及对应的 VSSA 接地)这组模拟电源引脚上提供一个稳定、干净的电压作为 MCU 的模拟电源和 ADC/DAC/比较器的参考电压。具体要点如下:

  1. VDDA = ADC 参考电压
    • 在 STM32L071KZT6 的引脚分配中,VDDA 是模拟电源引脚,同时被用作 ADC 的参考电压输入。
    • 若你的系统只需要使用单电源(例如数字电源 3.3V),一般会将 VDDA 和 VDD 直接相连,并在 VDDA 引脚附近加去耦电容;此时 ADC 量程即为 0~VDDA(通常 0~3.3V)。
  2. 外部精密参考的接法
    • 如果你想让 ADC 有更精准或更低的噪声参考,可以给 VDDA 引脚单独供电(或通过高精度 LDO/基准源)来提高模拟电路的性能。
    • 要保证模拟电源与数字电源之间的隔离与滤波,典型做法是在数字电源 3.3V~5V 转换为模拟 3.3V(或其他电平),然后再接到 VDDA,这样 ADC 和其他模拟外设就能使用到更“干净”的电压。
  3. 内部参考与外部参考的区别
    • STM32L0 系列带有内部参考电压(如 1.2V)可用于较简单或内部校准场景,但其精度和温漂通常不如优质的外部基准源。
    • 若对测量精度和稳定性有更高要求,往往推荐外部基准(外部供电或外部专用参考 IC),接至 VDDA。
  4. 数据手册和布局注意
    • 查阅 STM32L071xx 的 Datasheet/Reference Manual,可以看到引脚描述里写明 “VDDA = 供给 ADC、DAC、比较器等模拟外设的电源,同时作为参考电压” 的说明。
    • 在 PCB 上需为 VDDA 做好去耦(如靠近引脚放置 100nF 小电容 + 1~10µF 大电容),并注意模拟地 (VSSA) 的布线与数字地 (VSS) 只在单点或指定位置汇合,避免数字噪声干扰模拟测量。

小结

  • STM32L071KZT6 没有独立标记为 “VREF+” 的引脚,而是将 ADC 参考电压与 VDDA 共用
  • 如果需要外部精确基准电压,就将该基准电源(例如 3.3V、2.5V 等)接到 VDDA,引脚附近做好滤波、去耦与保护,即可实现对 ADC 的高精度供电与参考。

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