使用單片機讀取外部電壓ADC阻抗比對的問題

　　單片機的基準電壓一般為3.3V，如果外部信号超過了AD測量範圍，可以采用電阻分壓的方法，但是要注意阻抗比對問題。比如，SMT32的模數輸入阻抗約為10K，如果外接的分壓電阻無法遠小于該阻值，則會因為信号源輸出阻抗較大，AD的輸入阻抗較小，進而輸入阻抗對信号源信号的電壓造成分壓，最終導緻電壓讀取誤差較大。

　　是以對于使用單片機讀取外部信号電壓，外接分壓電阻必須選用較小的電阻，或者在對功耗有要求的情況下，可選用大阻值的電壓分壓後，使用電壓跟随器進行阻抗比對（電壓跟随器輸入阻抗可達到幾兆歐姆，輸出阻抗為幾歐姆甚至更小）。如果信号源的輸出阻抗較大，可采用電壓跟随器比對後再接電阻分壓。

對于外置的ADC晶片，在選型時，要留意其類型（SAR型、開關電容型、FLASH型、雙積分型、Sigma-Delta型），不同類型的ADC晶片輸入阻抗不同——

1、SAR型：這種ADC内阻都很大，一般500K以上。即使阻抗小的ADC，阻抗也是固定的。是以即使隻要被測源内阻穩定，隻是相當于電阻分壓，可以被校正；

2、開關電容型：如TLC2543之類，其要求很低的輸入阻抗用于對内部采樣電容快速充電。這時最好有低阻源，否則會引起誤差。實在不行，可以外部并聯一很大的電容，每次被取樣後，大電容的電壓下降不多。是以并聯外部大電容後，開關電容輸入可以等效為一個純阻性阻抗，可以被校正；

3、FLASH型（直接比較型）：大多高速ADC都是直接比較型，也稱閃速型（FLASH），一般都是低阻抗的。要求低阻源。對外表現純阻性，可以和運放直接連接配接；

4、雙積分型：這種類型大多輸入阻抗極高，幾乎不用考慮阻抗問題；

5、Sigma-Delta型：這是目前精度最高的ADC類型，需要重點注意如下問題：

a.  測量範圍問題：SigmaDelta型ADC屬于開關電容型輸入，必須有低阻源。是以為了簡化外部設計，内部大多內建有緩沖器。緩沖器打開，則對外呈現高阻，使用友善。但要注意了，緩沖器實際是個運放。那麼必然有上下軌的限制。大多數緩沖器都是下軌50mV，上軌AVCC-1.5V。在這種應用中，共莫輸入範圍大大的縮小，而且不能到測0V。一定要特别小心！一般用在電橋測量中，因為共模範圍都在1/2VCC附近。不必過分擔心緩沖器的零票，通過内部校零寄存器很容易校正的；

b.  輸入端有RC濾波器的問題：SigmaDelta型ADC屬于開關電容型輸入，在低阻源上工作良好。但有時候為了抑制共模或抑制乃奎斯特頻率外的信号，需要在輸入端加RC濾波器，一般DATASHEET上會給一張最大允許輸入阻抗和C和Gain的關系表。這時很奇怪的一個特性是，C越大，則最大輸入阻抗必須随之減小！剛開始可能很多人不解，其實隻要想一下電容充電特性久很容易明白的。還有一個折衷的辦法是，把C取很大，遠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。

c.  運放千萬不能和SigmaDelta型ADC直連！前面說過，開關電容輸入電路電路周期用采樣電容從輸入端采樣，每次和運放并聯的時候，會呈現低阻，和運放輸出阻抗分壓，造成電壓下降，負回報立刻開始校正，但運放壓擺率(SlewRate)有限，不能立刻響應。于是造成瞬間電壓跌落，取樣接近完畢時，相當于高阻，運放輸出電壓上升，但壓擺率使運放來不及校正，結果是過沖。而這時正是最關鍵的采樣結束時刻。是以，運放和SD型ADC連接配接，必須通過一個電阻和電容連接配接（接成低通）。而RC的關系又必須服從datasheet所述規則。

d.  差分輸入和雙極性的問題：SD型ADC都可以差分輸入，都支援雙極性輸入。但這裡的雙極性并不是指可以測負壓，而是Vi+ Vi-兩腳之間的電壓。假設Vi-接AGND，那麼負壓測量範圍不會超過-0.3V。正确的接法是Vi+ Vi- 共模都在-0.3~VCC之間差分輸入。一個典型的例子是電橋。另一個例子是Vi-接Vref，Vi+對Vi-的電壓允許雙極性輸入