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不使用负压电源，ADC如何测量正负压？

news 来源：原创 2025/8/7 20:30:52

电路图来自ZLinear的开源数据采集板卡DL8884_RFN，是一个比较常见的电压偏置采集法
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对电路进行分析，所以说可以先看下采集卡的模拟输入部分的参数如下：
通道数量: 8通道单端输入/4通道差分输入
分辨率: 16位逐次逼近型(SAR) ADC
采样速率: 40KSPS(多通道复用采样,采样速率为40K/通道数)
模拟电压输入范围: ±5V
输入阻抗: 30KΩ
硬件精度:0.1%

通过上面的参数可以看到，采集卡的模拟电压输入范围是-5V到+5V。下图的电路图摘取自开源的电路图中，电路功能为将-5V到+5V的输入电压转化为0~2.5V在ADC输入范围内的电压提供给ADC采集。
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电路分析：
这个电路使用叠加定理是较为便捷的分析思路，按照叠加定理，可以将电路分解为两个电路，然后将两个电路的支点电压相加，即可得到最终的输出给ADC的关系式：
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从上图叠加定理求取最终输出给ADC的公式为（VIN+5）/4，从公式中也可以看到电压偏移量为1.25V。所以说上图的电路就很巧妙的将-5V到+5V的电压挪到了ADC可以正常采集的范围内（0~2.5V）。下图为对VIN电压从-5V到+5V直流扫描，ADC_IN的输出电压的曲线，可以看到其输出电压与我们得到的公式保持一致。
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不过这种电阻网络组成的电压偏移法有一个比较不好的地方就是其输入阻抗与偏压电阻网络的电阻阻值有极大的关系，电阻大输入阻抗大，电阻小输入阻抗小。并且其输入阻抗并非恒定值，输入阻抗与输入电压也存在相关性，说明书中的30K输入阻抗也只是一个估值，本电路的输入阻抗通过仿真可以看到其曲线如下所示：
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由于一般的被测信号源输出阻抗都很小，所以说这个电路的输入阻抗并不值得诟病。但是如果说被测信号源的输出阻抗比较大，比如说5K，那么输入信号的输出阻抗就会和采集卡的输入阻抗分压，造成误差，这一点需要注意。总而言之，这个电压偏移法还是很经济实用的，非常推荐给大家使用。

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