硬件篇---電路設計之ADC采樣

在現代電子領域中，模擬數字轉換器（ADC）扮演著關鍵的角色，作為將模擬信號轉換為數字形式的核心技術。ADC的出色性能和廣泛應用使其成為數字系統、通信設備和各種傳感器等領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域中的廣泛應用，以期為讀者提供對ADC技術的深刻理解。讓我們一同探索ADC的精密世界，揭開它在數字化時代的重要性和卓越性能。

ADC基本計算

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基準電壓/(2^采樣位數)

例如：12位和14位的ADC、基準電壓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：ADC采樣精度由ADC位數和基準電壓決定，根據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，實際項目開發的過程中需要考慮：元件本身精度、溫漂系數等等等因素。

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位數為12位，基準電壓多少合適，采樣電阻為多大合適？

分析方法：由所選的ADC采樣器件和實際能夠提供的基準電壓決定

1.一般都是使用MCU自帶的ADC進行采樣，選用最小的基準電壓，求出采樣電阻。

2.如果采樣電阻不符合要求，那么逐一增大基準電壓，繼續求出采樣電阻。

3.最終獲取合適的采樣電阻和基準電壓。

解：如果12位ADC的基準電壓為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，完全滿足設計方案。對于這樣的設計也可以進行改良，減少ADC的基準電壓，從而減小輸出電阻。

注意：在設計對地采樣電路的時候需要考慮輸出阻抗對負載的影響，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：負載電阻，比采樣電阻大很多

U1：運算放大器，用于放大信號

R3-R4：與運算放大器構成同向放大器，放大倍數由R3-R4決定（R3/R4+1）

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

注意：該電路關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：放大倍數電阻，通過具體的芯片計算放大倍數

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

多運放組成儀表放大器采樣

多運放組成儀表放大器采樣

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

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

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編輯于 2023-12-11 10:35?IP 屬地廣東

審核編輯 黃宇