STM32 之 供電系統及內部參照電壓（VREFINT）使用及改善ADC參考電壓

問題

今天在使用 STM32F407的ADC時遇到一個問題：ADC的參考電壓都是通過Vref+提供的並作爲ADC轉換器的基準電壓。當我們使用的Vref+是直接取自用VDD電壓時，當VDD電壓波動比較大時或穩壓性能比較差時，轉換結果自然就不準確了！

供電方案

MCU的參考手冊都會有一章節單獨介紹MCU的電源管理，針對不同的MCU（封裝不同等）其外部電源如何連接也是有要求的，我們在MCU上一般都會發現如下引腳：

• VDD = 2.0 to 3.6 V: external power supply for I/Os and the internal regulator. Provided externally through VDD pins.
• VSSA, VDDA = 2.0 to 3.6 V: external analog power supplies for ADC, reset blocks, RCs and PLL (minimum voltage to be applied to VDDA is 2.4 V when the ADC is used). VDDA and VSSA must be connected to VDD and VSS, respectively.
• VBAT = 1.8 to 3.6 V: power supply for RTC, external clock 32 kHz oscillator and backup registers (through power switch) when VDD is not present.
• VREF+： 正模擬參考電壓輸入（部分芯片沒有個引腳）

下面以STM32F1和STM32F2的MCU比較來具體看看
供電架構如下圖所示：

不同的供電所管理的供電域

供電電壓

1. VCC： C=circuit 表示電路的意思, 即接入電路的電壓
2. VDD： D=device 表示器件的意思, 即器件內部的工作電壓;
3. VSS： S=series 表示公共連接的意思，通常指電路公共接地端電壓
4. stm32的VDDA和VSSA不能懸空，復位模塊和RC振盪器需要VDDA和VSSA。否則無法下載程序！

電源引腳連接

• VDD引腳外接去藕電容連到外部穩壓源
  • 一個最小值4.7uF、典型值10uF的鉭電容或陶瓷電容
  • 每個VDD引腳再接一個100nF的陶瓷電容
• VBAT引腳外接電池。若沒有電池，推薦通過100nF的陶瓷電容連到VDD引腳
• VDDA引腳外接兩個去藕電容
  • 一個100nF的陶瓷電容
  • 一個1uF的鉭電容或陶瓷電容
• VREF+引腳連到VDDA
  • 若有單獨的參考穩壓源連接
    一個100nF和1uF的電容
• VCAP1和VCAP2通常只各連接一個2.2uF的電容
  • 特殊封裝上，可外接1.2V電源來旁路內部主電壓調節器
    

ADC的參考電壓

  在部分MCU的封裝中，會有單獨的一個Vref引腳

我們可以把外部基準電壓芯片（例如REF3133，輸出的電壓是標準的3.300V）連接到Vref引腳。一般100腳的STM32 MCU（如上圖STM32F4）都有VREF引腳。
  對於100腳以下的芯片，STM32沒有把VREF引腳引出來，所以，我們只能把基準電壓芯片連接到VDDA引腳。注意，STM32單片機上面有好多電源引腳，其中有若干VDD引腳，只有一個VDDA引腳，VDDA引腳就是模擬供電引腳。不過，需要注意，VDDA的電壓不是隨便定義的。例如，STM32F051系列單片機就規定，VDDA必須要大於或者等於VDD纔可以正常工作，所以這時候，最好是給單片機3.0V供電，再給VDDA採用一個3.3V的基準電壓芯片供電。

內部參照電壓

  以上兩種方法都需要外加基準電壓芯片，在實際應用中，往往是VDDA引腳和VDD引腳連在一起，都是由電源芯片供電。這個時候如果要提高ADC轉換準確性該怎麼辦呢？
  在每個MCU的內部，都有一個叫內部參照電壓的東西。關於該部分的介紹，位於對應 MCU 的數據手冊中（不同MCU的數據手冊介紹有多又少，同樣是STM32F0的數據手冊介紹更爲詳細），如下圖：

內部參考電壓在芯片出廠時已經校準過精度了！且不同的MCU是有可能不同的！其廠內校準過程是在外部供3.3V電源，將採樣內部參考的ADC值寫入到固定的內存中去（如上地址，不同MCU具體位置可能不同）！而我們就可以利用這個來校準自己的ADC。
  STM32的ADC內部都有一個參考電壓引腳，可以通過配置，把這個腳連接到ADC輸入引腳，是內部連接。然後再計算實際的VDDA值。MCU不同具體鏈接的ADC引腳也是不同的。下面是STM32F4芯片的參考手冊的說明：

這樣我們就可以用ADC實際採樣，得到VREFINT的採樣值，然後使用上面的校準值進行計算即可！
  關於使用內部參照電壓的具體方法，只有在STM32F0x芯片的參考手冊中才能找到，其他MCU的參考手冊都是很簡單的幾句說明。

更進一步，在計算其他通道的時候，我們就可以使用以上計算的VDDA來作爲基準了！

參考

1. STM32F4、STM32F0、STM32F1、STM32F2的數據手冊，參考手冊
2. ST的培訓資料