【導讀】ADAS
、車身電子裝置、動力總成等汽車係統需要用到 精密數據轉換器。對於每個數據轉換器，在測量汽車信 號時，通常都需要一個精確的基準電壓 (VREF) 以便誤 差盡可能低。許多數據轉換器可以合並內部基準
，但在 CMOS 技術中很難找到一個內部基準電壓能夠達到雙 極工藝的高精度、低溫漂和低噪聲。這在 MCU 的數字 處理中更為複雜，由於存在各種固有的時鍾噪聲，內部 基準往往會有噪聲。因此，通常需要使用外部基準電壓 來進行更精確的測量。

引言 

ADAS、車身電子裝置
、動力總成等汽車係統需要用到 精密數據轉換器。對於每個數據轉換器，在測量汽車信 號時，通常都需要一個精確的基準電壓 (VREF) 以便誤 差盡可能低。許多數據轉換器可以合並內部基準，但在 CMOS 技術中很難找到一個內部基準電壓能夠達到雙 極工藝的高精度、低溫漂和低噪聲。這在 MCU 的數字 處理中更為複雜，由於存在各種固有的時鍾噪聲，內部 基準往往會有噪聲。因此，通常需要使用外部基準電壓 來進行更精確的測量。

圖 1. 簡化的 ADAS 前置攝像頭示意圖

用於監控 1% 1V 電壓軌的基準電壓 

在汽車高級駕駛輔助係統 (ADAS) 中
，監控 MCU/DSP/FPGA 中使用的電壓軌非常重要。通過 ADC 和電壓監控器組合來獨立監控電壓軌
，確保電壓 軌不會超過可能導致欠壓或過壓事件（可能損壞 MCU/DSP/FPGA）的某個電壓。通常，這些 ADC 在 微控製器 (MCU) 內部，用於確保電壓軌正常工作。在 MCU 上連接一個外部 VREF 以保證精度，並確保內部 ADC 有一個冗餘的基準電壓以保證穩健性，這種情況 並不罕見。通過添加一個外部 VREF，有可能得到一個 精確的 ADC
，不需要校準就可以監控 1% 1V 電壓軌。

圖 2. 帶 MCU 的 REF3430-Q1 

為了確保係統符合誤差規格，務必要對信號鏈進行表征 以了解電壓軌誤差，這一點非常重要。電壓軌誤差日趨 嚴格
，因為允許的總誤差一直在減小，從而可以打造出 一個更優化的係統。表征 MCU 中的信號鏈誤差時會存 在一個問題，即內部基準電壓通常不會像外部電壓基準 那樣全麵而深入地表征

，而且往往缺乏最差值上限。因 此，很難計算出係統最壞情況下的誤差。使用外部基準 電壓可解決這一難題
，如圖 2 中的 REF3430-Q1 所 示。

表 1. 典型的內核電壓軌監控

表 1 所示為關於電壓軌監控要求的一個示例，該要求 為通過微型計算機監控 ADAS 係統中精密 MCU 的 1V 電壓軌。由於某些電壓電源軌嚴格要求限製在一定的電 壓範圍內，我們希望確保信號鏈係統的總誤差小於 1%

，這樣就可以測量偏差

，在本例中偏差為 10mV。 

對於 1V 直流測量，可以通過一個外部基準電壓來計算 總誤差。可通過兩種方法來計算係統誤差：一種是最壞 情況法，另一種則是和的平方根 (RSS)法。誤差計算之 間的主要區別在於如何組合一個係統的各個誤差。在基 於最壞情況的誤差計算中，所有誤差都是它們最壞情況 的疊加

，結果趨於保守，雖能確保每個器件都正常工 作，但主要缺點是要考慮到 6 個以上 Σ 的事件，這會 使係統成本增加。最壞情況法的一種常見替代方法是基 於統計公差分析的 RSS 法。之所以使用 RSS，是因為 它提供了一個更實際的、基於分布的可接受限值。而在 本例中，我們使用 RSS 是因為它能夠更真實地表示誤 差。

表 2. REF3430-Q1 3V 規格

VREF 基準計算的總誤差是初始精度、溫度係數等所有 誤差的總和。為了計算總誤差，所有誤差都應采用通用 單位，如方程式 1 中的 ppm（百萬分率）。通過校準 可以進一步減小 VREF 總誤差
，因為校準可以消除初 始精度和溫度係數等靜態誤差。本例中省略了焊接漂 移、負載調節、線路調節等誤差，但可以將這些誤差一 並加入，從而計算出 VREF 總誤差的更準確值。方程 式 1 所示為如何使用 RSS 法合並所有這些誤差。

表 3. 內部 MCU ADC 示例

選擇 ADC 時

，找到一個誤差盡可能小的 ADC 非常重 要。本例使用了符合表 3 中所示規格的內部 MCU ADC。這種情況下的 ADC 總誤差也稱為總體未調誤 差，它的計算方法類似於使用 RSS 法計算 VREF 總誤 差。

進行誤差計算時，ADC 的誤差是獨立的
，但基準電壓 的誤差與 ADC 模擬輸入信號成正比。方程式 2 中計算 的 VREF 總誤差隻有在模擬輸入信號為滿刻度時才有 效。在本例中，由於模擬輸入為 1V，而不是滿刻度電 壓

，隻有 VREF 總誤差的一小部分影響到模擬輸入， 這可在方程式 3 中看到。

在 ADC 規格下，使用方程式 4 將 VREF 總誤差轉換為 LSB
，如此一來
，使用方程式 5 中的 RSS 法可以合並 VREF 和 ADC。

表 4. 總誤差

表 4 總結了係統的最終誤差，因為外部基準電壓可以 幫助表征誤差以確保滿足最小精度。在實踐中，測量值 將比 RSS 總誤差更精確，但該誤差可以為實現改進提 供一個基準。主要誤差來自 ADC，因此選擇更精確的 ADC 即可輕鬆減小係統的 ADC 誤差。還有一些技術 可用於改善基準電壓誤差
，例如使用更高的外部基準電 壓。在表 5 中
，有一些備選基準電壓器件可幫助減小 這種誤差或節省電力。

表 5. 備選器件建議

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