单极性运放采集双极性信号

单极性运放采集双极性信号

如图 18.17 所示,双极性信号(Bipolar)就是信号有正有负,单极性信号(Unipolar)只有正。绝大多数 ADC 都只能对单极性信号进行采样,双极性 ADC 虽然也有,但是价格极贵,不在本文讨论范围之列。
单极性运放采集双极性信号
如何使用单极性 ADC 对双极性信号进行采样呢?有两种方法,下面举例说明。
18.9.1 运放法
例 18.1 利用 4.096V 满量程输入的 ADC 来采集-10V 到+10V 的输入信号。 解决方案, 可以使用运放对信号进行缩放和平移, 如图 18.18 所示:
1) R1 和 R2 将±10V 的输入信号电压按 1:5 分压,降低输入信号的幅值, A 点信号变为幅值±2V。
2) 利用 U1 运放构成电压跟随器来对电阻分压网络进行隔离(高阻输入低阻输出) ,保证分压精度, B 点信号仍为±2V。
3) 使用运放 U2 构成加减法电路,将 B 信号反相,并对 B 信号平移 2V。 最终输出信号D 的范围变为 0~4V。
4) 输入输出波形图中可以看到信号幅值缩小、反相、并偏移 2V。
单极性运放采集双极性信号
18.9.2 电阻法
例 18.2 利用 1.2V 满量程输入的 ADC 来采集-2.4V 到+2.4V 的输入信号。解决方案,可
利用 3 电阻分压网络对信号进行平移和缩放, 如图 18.19 所示:
1) 当 Vin=0V 时: R1//R3 与 R2 分压比 1:1,由 Vref=1.2V 可计算得 AIN 为 0.6V。
2) 当 Vin=-2.4V 时:由电路中的“叠加原理”,单独 Vref 作用, Vin 接地,计算得AIN’=0.6V ; 单 独 Vin 作 用 , Vref 接 地 时 , 计 算 的 AIN’’=-0.6V 。 所 以 实 际AIN=AIN’+AIN’’=0V。
3) 当 Vin=2.4V 时:由电路中的“叠加原理”,单独 Vref 作用, Vin 接地,计算得AIN’=0.6V ; 单 独 Vin 作 用 , Vref 接 地 时 , 计 算 的 AIN’’=0.6V 。 所 以 实 AIN=AIN’+AIN’’=1.2V。
4) 经 3 电阻网络平移缩放后的信号如图 18.19 所示。
单极性运放采集双极性信号

单极性运放采集双极性信号