ADC电压测量

### ADC电压测量：单极性供电下的负电压与扩展测量范围 #### 一、引言 随着微电子技术的发展，单片机等嵌入式系统中集成的模数转换器（Analog-to-Digital Converter, ADC）变得越来越普遍。然而，在实际应用中，由于电源设计的限制，很多ADC只能采用单极性供电方式。在这种情况下，如何让单极性供电的ADC测量负电压，以及如何解决ADC测量范围不足的问题，成为了一项重要的技术挑战。本文将详细探讨这些问题，并提供具体的解决方案。 #### 二、单极性供电ADC测量负电压的方法 在单极性供电的情况下，ADC通常不能直接测量负电压。这是因为ADC内部的参考电压通常是正电压，无法识别低于地电平的信号。为了解决这一问题，可以通过外部电路来实现对负电压的测量。 ##### 1. 使用运放进行偏置 一种常见的方法是使用运算放大器（Operational Amplifier, OpAmp）将输入信号偏置到一定值之上。例如，可以通过图1所示的电路将输入电压偏置2.5V，使得原本的负电压被提升到正值范围内，然后再输入ADC进行转换。这样做的原理在于，通过电阻分压网络，可以确保输入到运放正端的电压始终为正，而运放的输出则会被调节到所需的正电压范围内。 ##### 2. 选择支持单极性供电测量负电压的ADC 市面上也存在一些特殊设计的ADC芯片，例如MAXIM公司推出的MAX11044，这款ADC能够在单极性电源供电的情况下测量负电压。这种ADC通常采用了特殊的电路设计，能够处理负电压信号，因此可以直接应用于单极性供电的环境中。 #### 三、扩大ADC测量范围的策略 当ADC本身的测量范围不足以满足需求时，可以采取以下几种方法来扩展测量范围： ##### 1. 增加偏置电压 如前文所述，通过增加偏置电压可以使ADC测量更宽范围内的电压值。例如，在图1所示的电路中，通过短接R2，可以将输出电压范围调整为0V~+2.5V，从而实现了测量范围的扩大。如果需要进一步扩大测量范围，则可以在该电路基础上添加额外的运放比例缩小电路。 ##### 2. 使用ADC驱动器 另一种有效的方法是使用专门设计的ADC驱动器，这类驱动器可以将输入信号调整至ADC所需的范围内。例如，AD8275就是这样一款产品，它可以在单极性电源供电的情况下将-10V~10V的电压转换为0.048V~4.048V之间，非常适合用于传感器信号的处理。如图2所示，通过适当的电阻配置，可以精确控制输出电压范围。 #### 四、总结 尽管单极性供电的ADC在测量负电压方面存在一定的局限性，但通过合理的电路设计和选择合适的ADC型号，仍然可以有效地解决这一问题。此外，通过增加偏置电压或使用ADC驱动器等方法，还可以扩展ADC的测量范围，满足更为复杂的应用需求。这对于工程师来说是非常实用的技术手段，有助于提高系统的整体性能和可靠性。