ADC电压采集原理与注意事项
ADC电压采集原理与注意事项
一、什么是ADC输入阻抗
ADC输入阻抗不是指两个分压电阻之和。
输入阻抗（input impedance）是指一个电路输入端的等效阻抗，它是在输入端上加上一个电压源U，测量输入端的电流I，则输入阻抗Rin就是U/I。可以将输入端想象成一个电阻的两端，这个电阻的阻值就是输入阻抗。在ADC（模数转换器）的设计中，输入阻抗是一个重要的参数，它关系到信号源和ADC之间的匹配问题。例如，在ADC输入驱动器的设计中，端接电阻通常设计为50Ω，以满足高频和高SFDR范围指标。此外，全差分放大器在信号源与ADC接口中的应用也是一个重要的考虑因素，其中放大器的输入阻抗是设计中的一个关键点，需要满足运放的输入阻抗和源阻抗相同（互为共轭）的条件。
因此，输入阻抗的概念并不局限于两个分压电阻之和，而是涉及到更广泛的电路匹配和信号传输效率的问题。在ADC应用中，正确的输入阻抗匹配对于确保信号质量的传输和转换至关重要。
二、ADC采样模型
ADC的采样模型可看作是一个低通滤波器，在ADC数据采集的时候需要有电流流入，输入阻抗Rin和采样电阻Radc组成低通滤波器的电阻R，电容C上的电压即为采样电压。
对电容C的充电由输入阻抗+采样电阻决定，电容C充电时间常数为tc = (Radc+ Rin) × C。如果时间过短，ADC转换的数值会小于实际值。
设，V0 为电容上的初始电压值；V1 为电容最终可充到或放到的电压值；Vt 为t时刻电容上的电压值（ADC端期望的采集电压）。则:
Vt=V0 +（V1-V0）× [1-exp(-t/RC)]
t = RC × Ln[(V1 - V0)/(V1 - Vt)]
根据上式可知，输入阻抗越大，电容充电时间越长。对于32位单片机可设置采样保持时间调整ADC电压采集精度，对于8位单片机要严格遵守手册阻抗要求。
三、ADC采样案例
计算图中的RC滤波电路，在输入信号频率为100HZ和10KHZ时的输出电压,假设电容充电时间重组。
输入信号的频率是100HZ时：
XC=1/（2πFC）=33880Ω
Vout的电压为：
Vout=Vin*Xc/（R2+XC2）=9.99v
四、ADC采集电池电压方法
1、使用电压跟随器：
电压跟随器具有高输入阻抗低输出阻抗的特性，可以作为分压电阻与ADC采集接口的中间级。
由上面调试可以确定是AD采集输入阻抗过大的问题，加入电压跟随器后的阻抗可以低至毫欧级，因此选用一个低功耗（待机600nA，输入阻抗1TΩ）的电压跟随器可以完美解决这个问题。
2、控制分压电路GND
分压电阻选用在阻抗以内的阻值，通过单片机控制采集电路GND，需要采集时拉低采集电路GND来减小功耗，不采集时拉高。
3、加MOS管控制分压电路的通断
用MOS管控制电量采集开关，需要采集时开启。