Vref на схеме что это
Источники опорного напряжения
Источник опорного напряжения — определение
Источники опорного напряжения (ИОН) – специализированные элементы силовой электроники, формирующие стабильное выходное напряжение, уровень которого является опорным для различных узлов устройства. ИОНы – это своеобразные «кварцевые генераторы» эталонного выходного напряжения, которое используется в качестве напряжения сравнения в ШИМ-генераторах, различных компараторных устройствах измерительных блоках и т.д.[Интегральные источники опорного напряжения. Михаил Пушкарев. КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ. №6. 2007. с. 71-76].
Основное требование к источникам опорного напряжения – высокая стабильность выходного напряжения. Стабильность по отношению к входному напряжению, температурная и временная стабильность. По внутреннему принципу работы ИОНы подразделяются на а – стабилитронные, б – на ширине запрещенной зоны, в – на XFET-ячейке. По схемотехнике включения – на параллельные и последовательные.
ИОН TL431 — «регулируемый стабилитрон»
Наиболее популярным параллельным ИОН является «регулируемый стабилитрон» TL431. Внутренняя структура TL431 и условное обозначение представлены на рисунке VR.1.
Рисунок VR.1 — Внутренняя структура и условное обозначение программируемого стабилитрона TL431
Внутри TL431 находится компаратор один их входов которого подключен к источнику опорного напряжения, а другой подключен выводу Ref «программируемого стабилитрона». Компаратор управляет биполярным транзистором параллельно которому включен обратный диод. Если напряжение на входе R превышает напряжение внутреннего опорного источника, то компаратор открывает транзистор. Если напряжения на катоде и управляющем входе Refсвязаны (например, через резисторный делитель), то возникает отрицательная обратная связь обеспечивающая свойство стабилизации напряжения между катодом и анодом.
Рисунок VR.2 — Базовая схема включения программируемого стабилитрона TL431
Принцип работы схемы представленной на рисунке VR.2 заключается в следующем. Если напряжение на выходе резисторного делителя R1R2 превышает опорное напряжение стабилитрона, то стабилитрон приоткрывается и ток через токоограничивающий резистор увеличивается. Соответственно напряжение между катодом и анодом стабилитрона уменьшается и устанавливается на некотором стабильном уровне определяемом коэффициентом деления резисторного делителя R1R2. Аналогично работают и другие схемы на основе «программируемого стабилитрона».
Основные параметры ИОН
1. Выходное напряжение (напряжение стабилизации, опорное напряжение) (Reference voltage) — Vref – пороговое напряжение между теми или иными входами ИОН, при котором срабатывает схема стабилизации.
2. Отклонение выходного напряжения от номинального значения (Deviation of reference input voltage) VI(dev) – абсолютное отклонение напряжения от уровня порогового напряжения Vref. Обычно указывается во всем диапазоне температур. Этот параметр характеризует стабильность ИОН.
3. Температурный коэффициент выходного напряжения (temperature coefficient of thereference input voltage) αVref — относительное отклонение выходного (опорного) напряжения под действием изменения температуры.
4. Коэффициент стабилизации выходного напряжения по отношению к напряжению питания (Ratio of change in reference voltage to the change in cathode voltage) ΔVref/ΔVKA – показывает отношение изменения выходного напряжения (напряжения стабилизации) к вызвавшему его изменению напряжения катод-анод (для параллельных ИОН) или входного напряжения (для последовательных ИОН).
5. Коэффициент стабилизации выходного напряжения по отношению к протекающему по ИОН току нагрузки — показывает отношение изменения выходного напряжения (напряжения стабилизации) к вызвавшему его изменению тока в цепи катод-анод (для параллельных ИОН) или выходного тока (для последовательных ИОН).
6. Максимальное входное напряжение (для последовательных ИОН), напряжение катод-анод (для параллельных ИОН) (Cathode voltage) VKA – максимальное входное напряжение ИОН / напряжение между катодом и анодом ИОН.
7. Максимальный постоянный ток нагрузки ИОН, ток катода для последовательных ИОН (Continuous cathode current range) IKA – максимальное значение постоянного тока в цепи нагрузки ИОН.
8. Минимальный входной ток вывода Ref (Minimum cathode current for regulation) Imin – минимальный уровень входного тока вывода Ref При котором обеспечивается стабилизация выходного напряжения.
9. Ток утечки ИОН в непроводящем состоянии (ток катода для параллельных ИОН) (Off-state cathode current) Ioff – выходной ток (ток катода) при выключенном стоянии ИОН.
10. Максимальная температура кристалла (Operating virtual junction temperature) TJ .
Примеры использования ИОН
Примеры использования ИОН TL431 представлены на рисунке VR.3.
Рисунок VR.3 . Примеры использования ИОН TL431: a – элемент обратной связи по напряжению на выходе источника питания; b – последовательный линейный стабилизатор напряжения; c — генератор постоянного тока.
Vref на схеме что это
Обозначение цепей питания в иностранных материалах
Автор: Kavka
Опубликовано 23.05.2013
Создано при помощи КотоРед.
Крошка-сын к отцу пришел,
и спросила кроха:
— Что такое Vcc, Vee, Vdd, Vss.
и что их так много?
Каждый человек увлекающийся электроникой сталкивается с материалами иностранного происхождения. И будь то схема электронного устройства или спецификация на чип, там могут встречаться множество различных обозначений цепей питания, которые вполне могут ввести в замешательство начинающего или незнакомого с этой темой радиолюбителя. В интернете достаточно информации чтобы внести ясность в этот вопрос. Далее кратко изложено то что было найдено о происхождении обозначений и их применении.
VCC, VEE, VDD, VSS — откуда такие обозначения? Обозначения цепей питания проистекают из области анализа схем на транзисторах, где, обычно, рассматривается схема с транзистором и резисторами подключенными к нему. Напряжение (относительно земли) на коллекторе (collector), эмиттере (emitter) и базе (base) обозначают VC, VE и VB. Резисторы подключенные к выводам транзистора обозначим RC, RE и RB. Напряжение на дальних (от транзистора) выводах резисторов часто обозначают VCC, VEE и VBB. На практике, например для NPN транзистора включенного по схеме с общим эмиттером, VCC соответствуют плюсу, а VEE минусу источника питания. Соответственно для PNP транзисторов будет наоборот.
Аналогичные рассуждения для полевых транзисторов N-типа и схемы с общим истоком дают объяснение обозначений VDD и VSS (D — drain, сток; S — source, исток): VDD — плюс, VSS — минус.
Обозначения напряжений на выводах вакуумных ламп могут быть следующие: VP (plate, anode), VK (cathode, именно K, не C), VG (grid, сетка).
Как написано выше, Vcc и Vee используются для схем на биполярных транзисторах (VCC — плюс, VEE — минус), а Vdd и Vss для схем на полевых транзисторах (VDD — плюс, VSS — минус). Такое обозначение не совсем корректно, так как микросхемы состоят из комплементарных пар транзисторов. Например, у КМОП микросхем, плюс подключен к P-FET истокам, а минус к N-FET истокам. Тем не менее, это традиционное устоявшее обозначение для цепей питания независимо от типа проводимости используемых транзисторов.
Для схем с двух полярным питанием VCC и VDD могут интерпретироваться как наибольшее положительное, а VEE и VSS как самое отрицательное напряжение в схеме относительно земли.
Для микросхем питающихся от одного или нескольких источников одной полярности минус часто обозначают GND (земля). Земля может быть разной, например, сигнальная, соединение с корпусом, заземление.
Обозначение цепей питания в иностранных материалах
Крошка-сын к отцу пришел,
и спросила кроха:
— Что такое Vcc, Vee, Vdd, Vss…
и что их так много?
Каждый человек увлекающийся электроникой сталкивается с материалами иностранного происхождения. И будь то схема электронного устройства или спецификация на чип, там могут встречаться множество различных обозначений цепей питания, которые вполне могут ввести в замешательство начинающего или незнакомого с этой темой радиолюбителя. В интернете достаточно информации чтобы внести ясность в этот вопрос. Далее кратко изложено то что было найдено о происхождении обозначений и их применении.
VCC, VEE, VDD, VSS — откуда такие обозначения? Обозначения цепей питания проистекают из области анализа схем на транзисторах, где, обычно, рассматривается схема с транзистором и резисторами подключенными к нему. Напряжение (относительно земли) на коллекторе (collector), эмиттере (emitter) и базе (base) обозначают VC, VE и VB. Резисторы подключенные к выводам транзистора обозначим RC, RE и RB. Напряжение на дальних (от транзистора) выводах резисторов часто обозначают VCC, VEE и VBB. На практике, например для NPN транзистора включенного по схеме с общим эмиттером, VCC соответствуют плюсу, а VEE минусу источника питания. Соответственно для PNP транзисторов будет наоборот.
Аналогичные рассуждения для полевых транзисторов N-типа и схемы с общим истоком дают объяснение обозначений VDD и VSS (D — drain, сток; S — source, исток): VDD — плюс, VSS — минус.
Обозначения напряжений на выводах вакуумных ламп могут быть следующие: VP (plate, anode), VK (cathode, именно K, не C), VG (grid, сетка).
Как написано выше, Vcc и Vee используются для схем на биполярных транзисторах (VCC — плюс, VEE — минус), а Vdd и Vss для схем на полевых транзисторах (VDD — плюс, VSS — минус). Такое обозначение не совсем корректно, так как микросхемы состоят из комплементарных пар транзисторов. Например, у КМОП микросхем, плюс подключен к P-FET истокам, а минус к N-FET истокам. Тем не менее, это традиционное устоявшее обозначение для цепей питания независимо от типа проводимости используемых транзисторов.
Для схем с двух полярным питанием VCC и VDD могут интерпретироваться как наибольшее положительное, а VEE и VSS как самое отрицательное напряжение в схеме относительно земли.
Для микросхем питающихся от одного или нескольких источников одной полярности минус часто обозначают GND (земля). Земля может быть разной, например, сигнальная, соединение с корпусом, заземление.
Вот перечень некоторых обозначений (далеко не полный).
Как видно, часто обозначения образуются путём добавления слова, одной или нескольких букв (возможно цифр), которые соответствуют буквам в слове отражающем функцию цепи (например, как Vref).
Иногда обозначения Vcc и Vdd могут присутствовать у одной микросхемы (или устройства), тогда это может быть, например, преобразователь напряжения. Так же это может быть признаком двойного питания. В таком случае, обычно, Vcc соответствует питанию силовой или периферийной части, Vdd питанию цифровой части (обычно Vcc>=Vdd), а минус питания может быть обозначен Vss.
Совмещение в современных микросхемах различных технологий, традиции, или какие-то другие причины, привели к тому, что нет чёткого критерия для выбора того или иного обозначения. Поэтому бывает, что обозначения «смешивают», например, используют VCC вместе с VSS или VDD вместе с VEE, но смысл, обычно, сохраняется — VCC > VSS, VDD > VEE. Например, практически повсеместно, можно встретить в спецификации на микросхемы серии 74HC (HC = High speed CMOS), 74LVC и др., обозначение питания как Vcc. Т.е. в спецификации на CMOS (КМОП) микросхемы используется обозначение для схем на биполярных транзисторах.
Текстов какого либо стандарта (ANSI, IEEE) по этой теме найти не удалось. Именно поэтому в тексте встречаются слова «может быть», «иногда», «обычно» и подобные. Несмотря на это, приведённой информации вполне достаточно, чтобы чуть лучше ориентироваться в иностранных материалах по электронике.
1.4. Аналоговая земля (angnd) и опорное напряжение (Vref)
Уровни опорного напряжения сильно влияют на абсолютную точность преобразования. По этой причине, мы рекомендуем, чтобы Вы присоединили контакт ANGND к контакту Vss, используя, по возможности, провод наименьшей длины.
В “шумной” среде, мы настоятельно рекомендуем использование отдельной цепи аналоговой земли, которая соединяется с Vss в одной точке, как можно ближе к источнику. Между Vref и ANGND должны использоваться блокировочные конденсаторы. Уровень ANGND должен быть не больше 0.1 В относительно Vss. Источник опорного напряжения (Vref) должен быть стабильным и использоваться только для АЦП. Напряжение Vref должно быть в пределах от 4.0 до 5.5 В и источник должен поддерживать ток до 5 мА.
Большие отрицательные выбросы тока на контакте ANGND, относительно Vss, могут вывести аналоговую схему из строя — это — дополнительная причина для тщательного заземления ANGND.
Опорное аналоговое напряжение (Vref) — положительное напряжение, с которым сравниваются все каналы АЦП. Это напряжение также используется портом 0, если АЦП не используется. Если не требуется высокая точность, контакт Vref может быть соединен с контактом Vсс. Если точность очень важна, источник Vref должен быть очень стабильным. Один из способов повышения стабильности — с помощью использования прецизионного источника питания или отдельного стабилизатора напряжения (обычно интегральной схемы). Эти устройства должны быть подключены к контактам ANGND и Vref.
1.5. Использование смешанных аналоговых и цифровых входов
Порт 0 может использоваться и для аналоговых и для цифровых входных сигналов одновременно. Однако, при чтении Порта 0 (чтение ячейки 0EH), некоторый шум может быть внесен в аналоговую схему. По этой причине, убедитесь ,что во время чтения Порта 0, аналогово-цифровое преобразование не выполняется.
1.6. Передаточная функция и источники ошибок ацп
Результат преобразования — 8- или 10-битное представления отношения входного напряжения к опорному напряжению. Чтобы вычислить результат 10-битного преобразования, используется следующая формула:
Результат = 1023 x (Vin — ANGND)/(VREF — ANGND)
Передаточная функция представляет собой ступенчатый график зависимости выходного кода от входного напряжения.
Для простых прикладных задач, достаточно знать абсолютную погрешность преобразователя. Однако, чем сложнее прикладная задача, тем важнее полностью понять работу преобразователя.
Для каждого 10-битного кода на выходе АЦП существует уникальный диапазон входных напряжений (обычно 1.5 мВ), который генерирует этот код.
Ошибки в процессе аналого-цифрового преобразования :
— ошибка нулевого смещения;
Все эти ошибки — ошибки передаточной функции, связанные с аналогово-цифровым преобразователем. Кроме того, источниками ошибок может быть следующее: температурные коэффициенты, изменения напряжения источника питания, качество конденсатора выборки, изоляция мультиплексора, соответствие «канал-канал», шум системы.
Достоинство абсолютной погрешности в том, что она описывает сумму всех отклонений между реальным процессом преобразования и идеальным преобразователем. Однако, в большинстве прикладных задач важны различные подкомпоненты ошибки.
Неизбежная ошибка следует из преобразования непрерывного напряжения к целому цифровому представлению. Эта ошибка называется ошибкой квантования и — всегда равна значению 0.5 LSB. Ошибка квантования — единственая ошибка, присутствующая в совершенном АЦП, и очевидно представленная в реальных преобразователях.
Передаточная функция для идеального 3-битного АЦП представлена как идеальная характеристика (см. рис. 6.4.). Обратите внимание что идеальная характеристика обладает следующими уникальными качествами:
— Первый переход кода происходит когда входное напряжение равно 0.5 LSB;
— Полномасштабный переход кода происходит когда входное напряжение равно Vref — 1.5 LSB
— дискретность кодов — точно один LSB.
Эти качества приводят к преобразованию в цифровую форму без ошибок нулевого смещения, без ошибок полномасштабности и без ошибок линейности.
Реальная характеристика гипотетического 3-битного преобразователя несовершенна. Когда идеальная характеристика накладывается на реальную характеристику, реальный преобразователь, как видно, проявляет ошибки в местах первых и последних переходов кода и в дискретности кода, как показано на рис.6.5. Отклонение первого перехода кода от идеального — это так наываемая ошибка нулевого смещения, а отклонение последнего перехода кода от идеального — полномасштабная ошибка.
Отклонение дискретности кода от идеальной приводит к двум типам ошибок: дифференциальная нелинейность и нелинейность.
Дифференциальная нелинейность — мера локальной ошибки дискретности кода, в то время как нелинейность — мера полной ошибки перехода кода.
Дифференциальная нелинейность — степень, с которой реальные дискретности кода отличаются от идеальной дискретности одного наименее значимого разряда. Это дает пользователю меру того, насколько может измениться входное напряжение, чтобы результат преобразования изменился на единицу.
Рис.6.4. Характеристика идеального аналогово-цифрового
Рис 6.5. Реальная и идеальная характеристики аналогово-цифрового преобразования
В 10-битном преобразователе, идеальная дискретность кода — 5 мВ (5.12 VREF/1024).То есть при изменении входного напряжения на 5 мВ, результат преобразования изменяется на единицу. Если определяется, что такой преобразователь имеет максимальную дифференциальную нелинейность 2 LSBs (10 мВ), тогда максимальная дискретность кода будет больше идеальной не больше чем на 10 мВ, то есть 15 мВ.
Реальная дискретность кода в преобразователе обычно изменяется от 2.5 мВ до 7.5 мВ.
Дифференциальная нелинейность и нелинейность определяются измерениями ошибок линейности на граничных участках характеристики. Для этого из реальной характеристики строят новую характеристику. Реальная характеристика транслируется и масштабируется, чтобы по возможности устранить ошибку нулевого смещения и полномасштабную ошибку, как показано на рис.6.6. Практически, это выполнимо, используя входные схемы, которые включают усиление и подстраивают смещение.
Рис.6.6. Характеристика аналогово-цифрового преобразования, основанная на граничных значениях
Другие факторы, которые воздействуют на реальную систему аналогово-цифрового преобразователя включают:
— отказ полностью подавлять нежелательные сигналы;
— несоответствие каналов мультиплексора;
Если эти факторы незначительны, их воздействие мало. Дрейф температуры — норма изменения типовых параметров микропроцессора при изменении температуры окружающей среды. Эти изменения выражаются в температурных коэффициентах.
Паразитные сигналы поступают из трех основных источников: шум источника питания, изменения входного сигнала на преобразовываемом канале (после того, как выборка была осуществлена) , и поступление в каналы сигналов, не выбранных мультиплексором.
И наконец, встроенные в каналы мультиплексора резисторы немного отличаются друг от друга, что и вызывает ошибки соответствия «канал-канал» и ошибки повторяемости.