硬件篇---电路设计之ADC采样

硬件篇---电路设计之ADC采样

在现代电子领域中，模拟数字转换器（ADC）扮演着关键的角色，作为将模拟信号转换为数字形式的核心技术。ADC的出色性能和广泛应用使其成为数字系统、通信设备和各种传感器等领域中不可或缺的组成部分。本文将深入研究ADC的基本原理、演变历程以及在科技领域中的广泛应用，以期为读者提供对ADC技术的深刻理解。让我们一同探索ADC的精密世界，揭开它在数字化时代的重要性和卓越性能。

ADC基本计算

原理：利用采样电阻两端的电压差求出该回路的电流

ADC采样精度分析：

公式：ADC采样精度=ADC基准电压/(2^采样位数)

例如：12位和14位的ADC、基准电压2.5V，求ADC采样精度

12位ADC精度=2.5V/2^12=610uV

14位ADC精度=2.5V/2^14=152uV

12位采样电压范围：0-2.5V，采样精度为610uV

14位采样电压范围：0-2.5V，采样精度为152uV

总结：ADC采样精度由ADC位数和基准电压决定，根据具体需求选择合适的采样精度。

注意：这里的精度分析不考虑物料的精度带来的影响，只分析电路的原理，实际项目开发的过程中需要考虑：元件本身精度、温漂系数等等等因素。

ADC采样方式

采样电路类别：采样电阻对地直接采样、采样电阻差分采样、采样电阻对地放大采样、采样电阻差分放大采样

采样电阻对地直接采样

采样电阻对地直接采样

电路详解：

R2：采样电阻，一般采样电阻非常小，例如：1欧姆、0.1欧姆

R1：负载电阻，比采样电阻大很多

示例：采样电流在1mA-100mA之间，要求精度为1mA，ADC位数为12位，基准电压多少合适，采样电阻为多大合适？

分析方法：由所选的ADC采样器件和实际能够提供的基准电压决定

1.一般都是使用MCU自带的ADC进行采样，选用最小的基准电压，求出采样电阻。

2.如果采样电阻不符合要求，那么逐一增大基准电压，继续求出采样电阻。

3.最终获取合适的采样电阻和基准电压。

解：如果12位ADC的基准电压为2.5V，选择合适的电阻20欧姆，ADC采样精度610uV，采用20欧姆的采样电阻要求精度位20mV，输出电阻20欧姆，完全满足设计方案。对于这样的设计也可以进行改良，减少ADC的基准电压，从而减小输出电阻。

注意：在设计对地采样电路的时候需要考虑输出阻抗对负载的影响，并需要注意测量范围是否符合要求。

采样电阻对地放大采样

采样电阻对地放大采样

电路详解：

R2：采样电阻，一般采样电阻非常小，例如：1欧姆、0.1欧姆

R1：负载电阻，比采样电阻大很多

U1：运算放大器，用于放大信号

R3-R4：与运算放大器构成同向放大器，放大倍数由R3-R4决定（R3/R4+1）

示例：与上图对比，如果放大倍数为10倍，那么采样电流为：0.1mA-10mA

注意：该电路关于一些滤波处理需要自己增加，只描述采样的功能。

采样电阻差分放大采样

仪表放大器放大采样

仪表放大器放大采样

电路详解：

R1：放大倍数电阻，通过具体的芯片计算放大倍数

R2：采样电阻，一般采样电阻非常小，例如：1欧姆、0.1欧姆

R3：负载电阻，比采样电阻大很多

U1：仪表放大器，用于放大采样电阻的信号

多运放组成仪表放大器采样

多运放组成仪表放大器采样

电路详解参考链接：干货！如何用运放组成仪表放大器？ - 知乎 (zhihu.com)

总结：各种采样电路可能需要一些运放来辅助采样，但是这些采样电路并没有特别难的点。

成长语录：送给自己、送给老婆、送给家人、送给陌生人

当生活变得艰难时，记住：风雨过后定见彩虹。坚持努力，你会发现生命的奇迹。

编辑于 2023-12-11 10:35・IP 属地广东

审核编辑 黄宇