[科普中国]-参考电压

参考电压是指电路中一个与负载、功率供给、温度漂移、时间等无关，能保持始终恒定的一个电压。参考电压可以被用于电源供应系统的稳压器，模拟数字转换器和数字模拟转换器，以及许多其他测量、控制系统。参考电压的大小在不同的应用中有所不同，例如在一般的计算机电源供应系统里，参考电压误差不大于其标称值附近百分之一至百分之几间，而实验室的参考电压标准则拥有更高的、以百万分率度量的稳定性和精确度。

简介指测量电压值时，用作参考点的电压值。在测量电压时，一般用地作为参考点，测量时电压表的负端接地，正端接被测点，这样测得的值即被测点的电压值。当然也可以不以地作为参考点，而以一个参考电压（例如+2V）作为参考点，如果被测点相对于地的电压是+5V，那么该点相对参考电压的电压就是+3V。

这跟测量高度是一个道理。在可调电源IC中，Vref通常等于1。23V，其值乘以（1+R2/R1），即为输出电压值。

背景知识参考电压源或电压参考（Voltage Reference）通常是指在电路中用作电压基准的高稳定度的电压源。随着集成电路规模的不断增大。尤其是系统集成技术（SOC）的发展，它也成为大规模、超大规模集成电路和几乎所有数字模拟系统中不可缺少的基本电路模块。

在许多集成电路和电路单元中，如数模转换器（DAC）、 模数转换器（ADC）、线性稳压器和开关稳压器，都需要精密而又稳定的电压墓准。在数模转换器中，DAC根据呈现出其输入端上的数字输入信号，从DC参考电压中选择和产生模拟输出；在模数转换器中，DC电压墓准又与模拟输入信号一起用于产生数字化的输出信号。

在精密测量仪器仪表和广泛应用的数字通信系统中都经常把参考电压源用作系统测量和校准的基准。因此，参考电压源在模拟集成电路中占有很重要的地位，它直接影响着电子系统的性能和精度。近年来对它的研究也一直很活跃，运用双极型工艺制成的参考电压源已能达到相当高的性能和精度。

与之同时，二十世纪七十年代以来，由于对MOS晶体管的基本理论和制造技术的深入研究，加上电路设计和工艺技术的进步，MOS模拟集成电路得到了迅速发展。其中CMOS电路更是凭其工艺简单、器件面积小、集成度高和功耗低等优点，成为数字集成电路产品的主流。在这一背景下，为了获得低成本、高性能的模拟集成电路产品，基于标准数字CMOS工艺的各种高精度模拟电路受到了人们的关注，并成为集成电技术中的一个重要研究领域。而各种高精度参考电压源由于其在数字模拟系统中的广泛应用，更加具有广阔的开发与应用前景。

基本原理理想的参考电压源应不受电源和温度的影响，在电路中能提供稳定的电压，“基准”这一术语正说明参考电压源的数值应比一般电源具有更高的精度和稳定性。

一般情况下，可用电阻分压作为参考电压，但它只能作为放大器的偏置电压或提供放大器的工作电流。这主要是由于其自身没有稳压作用，故输出电压的稳定性完全依赖于电源电压的稳定性。另外，也可用二极管的正向压降作为参考电压，它可克服上述电路的缺点，得到不依赖于电源电压的恒定参考电压，但其电压的稳定性并不高，且温度系数是负的，约为-2mV/℃。还可用硅稳压二极管(简称稳压管或齐纳管)的击穿电压作为参考电压，它可克服正向二极管作为参考电压的一些缺点，但其温度系数是正的，约为+2mV/℃ 。因此，以上几种均不适用于对参考电压要求高的场合。于是，在这种迫切的市场需求和设计者的不断努力下，高精度的参考电压源应运而生，并且种类繁多。1

分类从工作原理的角度来看，主要分为三类：标准电池、温度补偿基准稳压管和集成电路固体参考电压源（简称集成参考电压源）。

标准电池标准电池可分为饱和型和非饱和型两种。

饱和型标准电池输出电压为1.018V，长期稳定性能达到1μV/年（即1ppm/年）；但温度系数较大，在接近200℃时，总温度系数约 -40μV/℃ 。由于饱和型标准电池正负级的温度系数不同，在电极间温差仅0.0010℃时，就能引起0.3pV左右的电动势变化，因此要求使用中保持正负级的温度均衡。

非饱和型标准电池的温度系数较小，在接近20'C时约为-5μV/℃左右；但长期稳定性较差，年变化大于20-40μV/年。以上两种电池都有温度特性的滞后效应，且不能满载使用，但因其噪声低、电动势稳定、制造方便、造价便宜，因此在大多数只要求短期稳定性的精密电源中有广泛的应用。1

温度补偿基准稳压管温度补偿基准稳压管的温度系数可低达5μV/℃，且体积小、重量轻、结构简单便于集成；但存在噪声大、负荷能力弱、稳定性差以及参考电压较高、可调性较差等缺点。这种参考电压源不适用于便携式和电池供电的场合。

集成参考电压源运用半导体集成电路技术制成的参考电压源种类较多，如深埋层稳压管集成基准源、双极型晶体管集成带隙基准源、CMOS集成带隙基准源等。“带隙基准源”是七十年代初出现的一种新型器件，它的问世使基准器件的指标得到了新的飞跃。从这些基准源中可获得1.22V至l0V中的各档参考电压。由于建立在非表面的带隙机理上，因此比基于表面击穿的稳压管器件更加稳定，选就能实现优于温度系数可达μV/℃（即2ppm/℃） ，输出电阻极低，更重要的是它无需挑60ppm的长期稳定性。由于带隙基准源具有高精度、低噪声、优点，因而广泛应用于电压调整器、数据转换器（A/D， D/A）、集成传感器、大器等，以及单独作为精密的电压基准件，低温漂等许多微功耗运算放。

从电路的连接方式角度来看，参考电压源主要分为两类。一类是三端式（输入、输出和公共引出端），又称串联式基准源。这种基准源的主要优点是静态电流比较低，可预先调整好标准输出电压，输出电流可以很大，而又不损失精度。另一类是二端式，又称并联式基准源。这种基准源的主要优点是工作极性比较灵活，但对负载要求比较严格，有时只能提供非标准电压。1

举例参考电压：假如你选择的参考电压是5v，你的ad是12位的，那么当你的输入电压是5v的时候你的单片机的显示应该是4095，如果是0v的输入那单片机里面的值就是0，中间点的值成线性关系，就是说假如你的输入是m，那单片机单片机的值就是4096*m/5，这样反过来你知道了单片机的值就可以算出你的输入是多少了。

还有在信号地和模拟地之间加上一个电感是为了去干扰，就像在vcc和GND之间用电容一样。 ad转换时的参考电压是内部T行网络的标准电压，参考电压可以认为是你的最高上限电压（不超过电源电压），当信号电压较低时，可以降低参考电压来提高分辨率。改变参考电压后，同样二进制表示的电压值就会不一样，最大的二进制表示的就是你的参考电压，在计算实际电压时，就需要将参考电压考虑进去。参考电压的稳定性对你的系统性能有很大的影响。2

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学