缩放模拟输入信号的三种方式

随着电子设备变得更加具有自我意识，针对电压缩放的需求也在增加。我不是在谈论人工智能，如“2001：太空奥德赛”中的Hal。我指的是具有更多自检的电子设备，这需要读取各种范围的许多电压。

缩放输入电压并非总像第一次那么容易（或复杂）。在本文中，我将介绍如何在最近的需将+/- 10 V信号缩小到0到2.5 V范围信号链设计中解决这个挑战，以匹配所有其他信号到模数转换器（ADC）。达到此目标的传递函数呈线性：VOUT = VIN / 8 + 1.25V。

解决方案1：

我的第一个想法是使用同相运算放大器（运放）电路。进行一些快速算术后，我确定了电路，如图1所示，需要1.43V偏置电源，且反馈/接地电阻比为-7/8。

图1：解决方案1模拟很好，但不可能实现

同相放大器增益公式为（1 + RF / RG）。若增益为+1/8，则电阻比为负。我不能购买一个-7k电阻，因此这是个大问题。我的运放的输入共模范围需低至-10V；这也是一个问题，因为我没有可用的负极电源。显然，在这种情况下，非反相运算放大器电路是不兼容的，但当所需的电压增益大于1时，它确实会工作。

解决方案2：

图2所示的五电阻运算放大器电路是差分放大器，其反相输入接地，同相输入端接1.25V。增益设置为1/8。输入共模范围为0V至2.22V，因此可使用单电源运放。

图2：解决方案2有用，但是有没有更好的解决方案？

解决方案3：

我不需要运算放大器来衰减信号。我可使用三个电阻 - A，B和C - 和电压源V执行所需的缩放任务。参见图3。

图3：这个简单的解决方案只使用三个电阻和现有电源

在我所举示例中，增益为1/8，偏移为1.25V。我将使用字母G和Z来表示增益和偏移（零输入的输出）；因此，G = 1/8和Z = 1.25V。我的电源电压V为3.3V。

那么，求解电阻器A，B和C的值（或比率）的最好方法是什么？我可使用电阻分压器规则VOUT = VIN * RI /（RG + RI），使用公式1和2计算G和Z：

|| 符号表示“并行”；例如，x || y是x*y/（x+y） 或 1/（1/x+1/y）。