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單片機(jī)的基準(zhǔn)電壓一般為3.3V，如果外部信號(hào)超過了AD測(cè)量范圍，采用電阻分壓是最為簡(jiǎn)單的一種方法，然而很多時(shí)候你會(huì)在阻抗匹配的問題上“踩坑”。比如，SMT32的模數(shù)輸入阻抗約為10K，如果外接的分壓電阻無法遠(yuǎn)小于該阻值，則會(huì)因?yàn)樾盘?hào)源輸出阻抗較大，AD的輸入阻抗較小，從而輸入阻抗對(duì)信號(hào)源信號(hào)的電壓造成分壓，最終導(dǎo)致電壓讀取誤差較大。這樣的情況會(huì)導(dǎo)致你測(cè)量電壓的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)有些電壓點(diǎn)好像測(cè)的挺準(zhǔn)，而有些電壓點(diǎn)測(cè)量的偏差卻又很大。

考慮阻抗匹配的問題，對(duì)于使用單片機(jī)讀取外部信號(hào)電壓，外接分壓電阻必須選用較小的電阻，但在對(duì)功耗有要求的情況下，你不得不選用大阻值的電壓分壓后，這時(shí)候則需要使用電壓跟隨器進(jìn)行阻抗匹配（電壓跟隨器輸入阻抗可達(dá)到幾兆歐姆，輸出阻抗為幾歐姆甚至更?。?。如果信號(hào)源的輸出阻抗較大，可采用電壓跟隨器匹配后再接電阻分壓。

當(dāng)然，你也可以選擇外置的ADC芯片，但是在選型時(shí)，要留意其類型（SAR型、開關(guān)電容型、FLASH型、雙積分型、Sigma-Delta型），不同類型的ADC芯片輸入阻抗不同。常見的Sigma-Delta型是目前精度最高的ADC類型，也屬于開關(guān)電容型輸入，其所需要注意的問題相對(duì)比較多。

1、測(cè)量范圍問題：SigmaDelta型ADC屬于開關(guān)電容型輸入，必須有低阻源。所以為了簡(jiǎn)化外部設(shè)計(jì)，內(nèi)部大多集成有緩沖器。緩沖器打開，則對(duì)外呈現(xiàn)高阻，使用方便。但要注意了，緩沖器實(shí)際是個(gè)運(yùn)放。那么必然有上下軌的限制。大多數(shù)緩沖器都是下軌50mV，上軌AVCC-1.5V。在這種應(yīng)用中，共莫輸入范圍大大的縮小，而且不能到測(cè)0V。一定要特別小心！一般用在電橋測(cè)量中，因?yàn)楣材７秶荚?/2VCC附近。不必過分擔(dān)心緩沖器的零票，通過內(nèi)部校零寄存器很容易校正的；

2、輸入端有RC濾波器的問題：SigmaDelta型ADC屬于開關(guān)電容型輸入，在低阻源上工作良好。但有時(shí)候?yàn)榱艘种乒材；蛞种颇丝固仡l率外的信號(hào)，需要在輸入端加RC濾波器，一般DATASHEET上會(huì)給一張最大允許輸入阻抗和C和Gain的關(guān)系表。這時(shí)很奇怪的一個(gè)特性是，C越大，則最大輸入阻抗必須隨之減??！剛開始可能很多人不解，其實(shí)只要想一下電容充電特性久很容易明白的。還有一個(gè)折衷的辦法是，把C取很大，遠(yuǎn)大于幾百萬倍的采樣電容Cs(一般4~20PF),則輸入等效純電阻，分壓誤差可以用GainOffset寄存器校正；

3、運(yùn)放千萬不能和SigmaDelta型ADC直連！前面說過，開關(guān)電容輸入電路電路周期用采樣電容從輸入端采樣，每次和運(yùn)放并聯(lián)的時(shí)候，會(huì)呈現(xiàn)低阻，和運(yùn)放輸出阻抗分壓，造成電壓下降，負(fù)反饋立刻開始校正，但運(yùn)放壓擺率(SlewRate)有限，不能立刻響應(yīng)。于是造成瞬間電壓跌落，取樣接近完畢時(shí)，相當(dāng)于高阻，運(yùn)放輸出電壓上升，但壓擺率使運(yùn)放來不及校正，結(jié)果是過沖。而這時(shí)正是最關(guān)鍵的采樣結(jié)束時(shí)刻。所以，運(yùn)放和SD型ADC連接，必須通過一個(gè)電阻和電容連接（接成低通）。而RC的關(guān)系又必須服從datasheet所述規(guī)則；

4、差分輸入和雙極性的問題：SD型ADC都可以差分輸入，都支持雙極性輸入。但這里的雙極性并不是指可以測(cè)負(fù)壓，而是Vi+ Vi-兩腳之間的電壓。假設(shè)Vi-接AGND，那么負(fù)壓測(cè)量范圍不會(huì)超過-0.3V。正確的接法是Vi+ Vi- 共模都在-0.3~VCC之間差分輸入。一個(gè)典型的例子是電橋。另一個(gè)例子是Vi-接Vref，Vi+對(duì)Vi-的電壓允許雙極性輸入

作者介紹：雕塑者（筆名），一名樂于開源文化的工程師，個(gè)人公眾號(hào)【硬件大熊】。后續(xù)原創(chuàng)技術(shù)應(yīng)用筆記還將在我愛方案網(wǎng)上線，敬請(qǐng)期待！

來源：我愛方案網(wǎng)

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