单片机的基准电压一般为 3.3V,如果外部信号超过了 AD 测量范围,采用电阻分压是最为简单的一种方法,然而很多时候你会在阻抗匹配的问题上“踩坑”。比如,SMT32 的模数输入阻抗约为 10K,如果外接的分压电阻无法远小于该阻值,则会因为信号源输出阻抗较大,AD 的输入阻抗较小,从而输入阻抗对信号源信号的电压造成分压,最终导致电压读取误差较大。这样的情况会导致你测量电压的时候,发现有些电压点好像测的挺准,而有些电压点测量的偏差却又很大。
考虑阻抗匹配的问题,对于使用单片机读取外部信号电压,外接分压电阻必须选用较小的电阻,但在对功耗有要求的情况下,你不得不选用大阻值的电压分压后,这时候则需要使用电压跟随器进行阻抗匹配(电压跟随器输入阻抗可达到几兆欧姆,输出阻抗为几欧姆甚至更小)。如果信号源的输出阻抗较大,可采用电压跟随器匹配后再接电阻分压。
当然,你也可以选择外置的 ADC 芯片,但是在选型时,要留意其类型(SAR 型、开关电容型、FLASH 型、双积分型、Sigma-Delta 型),不同类型的 ADC 芯片输入阻抗不同。常见的 Sigma-Delta 型是目前精度最高的 ADC 类型,也属于开关电容型输入,其所需要注意的问题相对比较多—
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a.测量范围问题:SigmaDelta型ADC属于开关电容型输入,必须有低阻源。所以为了简化外部设计,内部大多集成有缓冲器。缓冲器打开,则对外呈现高阻,使用方便。但要注意了,缓冲器实际是个运放。那么必然有上下轨的限制,大多数爱冲器都是下轨50mV,上轨AVCC-1.5V。在这种应用中,共英输入范国大大的缩小,而且不能到测0V,一定要特别小心!一般用在电桥测量中,因为共模范围都在1/2VCC附近,不必过分担心缓冲器的零票,通过内部校零寄存带很容易校正的;
b.输入端有RC滤波器的问题:SigmaDelta型ADC属于开关电容型输入,在低组源上工作良好,但有时候为了抑到共模或柳利乃辛斯特须率外的信号,需要在输入端加RC滤波器,一般DATASHEET上会给一张最大允许输入阻抗和C和Gain的关系表,这时很奇怪的一个特性系,C越大,则最大输入阳统必须随之减小!刚开始可能很多人不解,其实只要想一下电容充电特性久很容易明白的,还有一个折表的办法是,把C取很大,远大于几百万倍的采样电容CS(一般4-20PF)则输入等效纯电用分压误差可以用GainOffset态存器校正。
b.输入端有RC滤波器的问题:SigmaDelta型ADC属于开关电容型输入,在低组源上工作良好,但有时候为了抑到共模或柳利乃辛斯特须率外的信号,需要在输入端加RC滤波器,一般DATASHEET上会给一张最大允许输入阻抗和C和Gain的关系表,这时很奇怪的一个特性系,C越大,则最大输入阳统必须随之减小!刚开始可能很多人不解,其实只要想一下电容充电特性久很容易明白的,还有一个折表的办法是,把C取很大,远大于几百万倍的采样电容CS(一般4-20PF)则输入等效纯电用分压误差可以用GainOffset态存器校正。
c.运放千万不能和SigmaDelta型ADC直连!前画说过,开关电容输入电路电路而期用采样电容从输入端采样,每次和运放并联的时候,会呈现低阻,和运放输出阻统分压,造成电压下降,负反馈立刻开始校正,但运放压摆率(SlewRate)有限,不能立刻响应,于是造成瞬间电压跌落,取样接近完毕时,相当于高阻,远放输出电压上升,但压摆率使运放来不及校正,结果是过冲。而这时正是最关键的采样结束时刻。所以,运放和SD型ADC连接,必须通过一个电用和电容连接(接成低通)。而RC的关系又必须服从datasheet所述规则。
d.差分输入和双极性的问题:SD型ADC都可以差分输入,都支持双极性输入。但这里的双极住并不是指可以测负压,而是Vi+Vi-两脚之间的电压,假设Vi-接AGND,那么负压测星范围不会超过-0.3V。正确的接法是Vi+Vi-共模都在-0.3-VCC之间差分输入。一个典型的例子是电桥。另一个例子是Vi接Vref Vi+对Vi的电压允许双极性输入