ADC 信号调理电路

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ADC（模数转换器）信号调理电路是一种用于优化模拟信号，使其更适合ADC输入要求的前端电路。这个过程涉及放大、滤波、偏置调整和保护等几个关键方面，确保ADC能够准确、高效地转换信号。



常见的最基本电压采集电路如下，这种情况是采集源头电压V1和V2必须不能超过单片机电压耐压范围。



上面电路适合于采集0-5V的电压，而且单片机必须可以承受5V，如ATmega128等ATmega系列的单片机，为了保护IO口，我们可以串入电阻，如下电路图：



有时候如果采集的信号V1 V2上面有干扰的时候，还会加入滤波电容进行滤波：



这些最基本基础的，如果信号没有在采集范围，而且有时候信号不稳定或者干扰源太多干扰，那就要对采集的信号进行处理。

以下是信号调理电路的一些基本组成部分和功能：

放大器：用于增强微弱的模拟信号至ADC的满量程输入范围内。比如，如果传感器输出±5V信号，而ADC的输入范围是0-3V，则需要通过放大器调整信号幅度。

2. 滤波器：包括低通滤波器，用于去除高频噪声，确保ADC捕捉的是信号的真实频率成分，而不是干扰。例如，C1和R10构成的RC滤波网络就属于此类应用。





3. 偏置和电平转换：用于将信号偏移至ADC所需的参考电平。例如，当外部信号超出ADC的输入范围时，可能需要通过电路将其调整到ADC可以处理的范围内，如从-5V至5V调整到0.3V至2.8V或者采集专用的ADC芯片进行的采集。

使用运算放大器配置成反相放大电路，如反相放大器或差分压器。例如，一个反相放大器可以将负电压输入转换为正电压输出，同时改变幅度。配置时，确保放大器的增益设置合适，使得输出电压在所用设备的输入范围内。

偏置：如果信号幅度不大，可以在信号路径中添加一个直流偏置电压，将整个信号上移至正电压范围。例如，如果负电压范围是-5V到0V，可以添加5V偏置电压，使信号范围变为0到+5V，这样就转换成了正电压信号。

4. 保护电路：防止过电压、过电流对ADC造成的损害，比如使用限流电阻、齐纳二极管或保险丝等元件。



5. 基准源：为ADC提供精确的参考电压，确保转换的精度。



6. 驱动电路：在信号源阻抗和ADC输入阻抗不匹配时，驱动电路可以提供必要的缓冲，确保信号无损传输。

7. 电源管理：确保ADC及其相关电路得到稳定、干净的电源供应，以减少电源噪声对信号质量的影响。

在设计ADC信号调理电路时，还需要考虑信号的带宽、增益稳定性、失调电压、噪声等因素，以及确保整个系统的信噪比和动态范围满足应用需求。例如，设计中提到的AD8618就是一个常用于信号放大的运算放大器，适用于需要高精度和低噪声的应用场景。

ADC电压采集注意的问题：

电源和地连接

•确保ADC芯片的电源引脚正确连接到稳定的电源电压（如+5Vcc或+3.3V）和地（GND），并根据芯片手册要求可能需要去耦合滤波电容。

2. 模拟和数字地分割

•如果ADC是混合信号设计的一部分，确保模拟地和数字地分割，减少噪声干扰。在一点（星形地）连接。

3. 参考电压

•Vref（参考电压）引脚连接到一个稳定且准确的参考电压源，决定了ADC的测量精度。可用内部或外部电压基准源，如精密电压基准IC。

4. 模拟输入保护

•在ADC输入前加入保护电路，如限流限制电阻、钳位、TVS或齐纳安保护二极管，防止过电压或过流。

5. 输入缓冲和滤波

•如果信号源阻抗高或不稳定，使用运算放大器作为缓冲。低通滤波器去除高频噪声。

6. 采样率和保持

•确确保采样率适应ADC的时钟和保持时间，设置好ADC的控制寄存取样周期，以匹配输入信号。