硬件篇---電路設(shè)計(jì)之ADC采樣

在現(xiàn)代電子領(lǐng)域中，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）扮演著關(guān)鍵的角色，作為將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的核心技術(shù)。ADC的出色性能和廣泛應(yīng)用使其成為數(shù)字系統(tǒng)、通信設(shè)備和各種傳感器等領(lǐng)域中不可或缺的組成部分。本文將深入研究ADC的基本原理、演變歷程以及在科技領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，以期為讀者提供對ADC技術(shù)的深刻理解。讓我們一同探索ADC的精密世界，揭開它在數(shù)字化時(shí)代的重要性和卓越性能。

ADC基本計(jì)算

原理：利用采樣電阻兩端的電壓差求出該回路的電流

ADC采樣精度分析：

公式：ADC采樣精度=ADC基準(zhǔn)電壓/(2^采樣位數(shù))

例如：12位和14位的ADC、基準(zhǔn)電壓2.5V，求ADC采樣精度

12位ADC精度=2.5V/2^12=610uV

14位ADC精度=2.5V/2^14=152uV

12位采樣電壓范圍：0-2.5V，采樣精度為610uV

14位采樣電壓范圍：0-2.5V，采樣精度為152uV

總結(jié)：ADC采樣精度由ADC位數(shù)和基準(zhǔn)電壓決定，根據(jù)具體需求選擇合適的采樣精度。

注意：這里的精度分析不考慮物料的精度帶來的影響，只分析電路的原理，實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)的過程中需要考慮：元件本身精度、溫漂系數(shù)等等等因素。

ADC采樣方式

采樣電路類別：采樣電阻對地直接采樣、采樣電阻差分采樣、采樣電阻對地放大采樣、采樣電阻差分放大采樣

采樣電阻對地直接采樣

采樣電阻對地直接采樣

電路詳解：

R2：采樣電阻，一般采樣電阻非常小，例如：1歐姆、0.1歐姆

R1：負(fù)載電阻，比采樣電阻大很多

示例：采樣電流在1mA-100mA之間，要求精度為1mA，ADC位數(shù)為12位，基準(zhǔn)電壓多少合適，采樣電阻為多大合適？

分析方法：由所選的ADC采樣器件和實(shí)際能夠提供的基準(zhǔn)電壓決定

1.一般都是使用MCU自帶的ADC進(jìn)行采樣，選用最小的基準(zhǔn)電壓，求出采樣電阻。

2.如果采樣電阻不符合要求，那么逐一增大基準(zhǔn)電壓，繼續(xù)求出采樣電阻。

3.最終獲取合適的采樣電阻和基準(zhǔn)電壓。

解：如果12位ADC的基準(zhǔn)電壓為2.5V，選擇合適的電阻20歐姆，ADC采樣精度610uV，采用20歐姆的采樣電阻要求精度位20mV，輸出電阻20歐姆，完全滿足設(shè)計(jì)方案。對于這樣的設(shè)計(jì)也可以進(jìn)行改良，減少ADC的基準(zhǔn)電壓，從而減小輸出電阻。

注意：在設(shè)計(jì)對地采樣電路的時(shí)候需要考慮輸出阻抗對負(fù)載的影響，并需要注意測量范圍是否符合要求。

采樣電阻對地放大采樣

采樣電阻對地放大采樣

電路詳解：

R2：采樣電阻，一般采樣電阻非常小，例如：1歐姆、0.1歐姆

R1：負(fù)載電阻，比采樣電阻大很多

U1：運(yùn)算放大器，用于放大信號

R3-R4：與運(yùn)算放大器構(gòu)成同向放大器，放大倍數(shù)由R3-R4決定（R3/R4+1）

示例：與上圖對比，如果放大倍數(shù)為10倍，那么采樣電流為：0.1mA-10mA

注意：該電路關(guān)于一些濾波處理需要自己增加，只描述采樣的功能。

采樣電阻差分放大采樣

儀表放大器放大采樣

儀表放大器放大采樣

電路詳解：

R1：放大倍數(shù)電阻，通過具體的芯片計(jì)算放大倍數(shù)

R2：采樣電阻，一般采樣電阻非常小，例如：1歐姆、0.1歐姆

R3：負(fù)載電阻，比采樣電阻大很多

U1：儀表放大器，用于放大采樣電阻的信號

多運(yùn)放組成儀表放大器采樣

多運(yùn)放組成儀表放大器采樣

電路詳解參考鏈接：干貨！如何用運(yùn)放組成儀表放大器？ - 知乎 (zhihu.com)

總結(jié)：各種采樣電路可能需要一些運(yùn)放來輔助采樣，但是這些采樣電路并沒有特別難的點(diǎn)。

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編輯于 2023-12-11 10:35?IP 屬地廣東

審核編輯 黃宇