模拟信号

单片机的模数转换接口（ADC - Analog-to-Digital Converter）将外部的模拟量信号转化为数字信号，因单片机属于数字器件，需将模拟信号转化为数字信号才能够进行处理。目前市场上的很多单片机都自带ADC转换接口，若无ADC转换接口，可以使用ADC模数转换芯片外扩。 ADC模块是将模拟信号转化位数字信号，为用0和1表示的数字信号。对于一个12位ADC（ADC的位数表示将模拟量转换成数字量后所用的二进制位数），可储存数字量范围为：（二进制）000000000000~111111111111，转换为十进制数字范围为0~2^12即0~4095。假设它的参考电压是5V，也就是说把参考电压分为2^12份即4096份，最小分辨率为VREF/4096。也就是说二进制的000000000000代表输入模拟量0V，而111111111111代表最大值VREF。

作者：Brian Black Analog Devices 公司 产品市场经理 在模拟和混合信号电路中，以电压基准为标准测量其他信号。电压基准的不准确及其变化会直接影响整个系统的准确度。我们来看一下，选择电压基准时，准确度规格和其他标准是如何起作用的。 初始精度指的是，在给定温度 (通常是 25°C) 时测得的输出电压的变化幅度。尽管各个电压基准的初始输出电压可能有所不同，但是如果给定基准的初始输出电压是恒定的，就很容易校准。 温度漂移也许是评估电压基准性能时使用最为广泛的性能规格，因为温度漂移显示输出电压随温度的变化。温度漂移由电路组件的瑕疵和非线性引起。很多器件的温度漂移都以 ppm/°C 为单位规定，是主要的误差源。器件的温度漂移如果是一致的，就可以进行一定程度的校准。

随着电子系统中传感器和信号源的快速增加，使得设备设计师们可以在系统MCU或传感器融合协处理器中加入更多的模拟信号通道。尤其是在日益发展的小型物联网领域中更是如此。 信号平均法是一项常用于此类数据采集系统的技术，可以增强数值结果的可用分辨率并抑制多种噪声。虽然过滤方式简单，但其整体效果要取决于所使用的平均法。本文将对传统的序列平均法和最新的交叉平均法进行比较。 许多现代的混合信号MCU和片上系统都直接将平均法加入到模拟-数字转换器硬件中。这大大减少了MCU需要完成的处理量，简化代码编写，缩短处理器需要在高功耗模式中的运行时间。 尽管多种信号与设备之间实现连接的模拟输入多路复用器已十分普遍，但大部分混合信号MCU的硬件平均功能每次只能在一条信号通道中执行。当平均过程完成后，通常会引发中断，然后固件在中断中选择另一个需要转换的模拟输入。

在电子电路中，电源、放大、振荡和调制电路被称为模拟电子电路，因为它们加工和处理的是连续变化的模拟信号。 1. 反馈 反馈是指把输出的变化通过某种方式送到输入端，作为输入的一部分。如果送回部分和原来的输入部分是相减的，就是负反馈。 2. 耦合 一个放大器通常有好几级，级与级之间的联系就称为耦合。放大器的级间耦合方式有三种： ①RC 耦合(见图a): 优点是简单、成本低。但性能不是最佳。 ② 变压器耦合(见图b):优点是阻抗匹配好、输出功率和效率高，但变压器制作比较麻烦。 ③ 直接耦合(见图c): 优点是频带宽，可作直流放大器使用，但前后级工作有牵制，稳定性差，设计制作较麻烦。

传统Ka波段地面站卫星通信系统依赖于室内到室外配置。室外单元包含天线和块下变频接收机，接收机输出L波段的模拟信号。该信号随后被传送到室内单元，室内单元包含滤波、数字化和处理系统。Ka波段的干扰信号通常较少，因此室外单元的主要任务是以线性度为代价来优化噪声系数。室内到室外配置很适合地面站，但难以融合到小尺寸、重量轻、低功耗(SWaP)的环境中。若干新兴市场推动了对小尺寸Ka波段接入的需求。无人机(UAV)和步兵若能接入此类信道，将大大受益。对于无人机和步兵，无线电功耗直接决定电池寿命，进而决定任务时长。此外，过去专门用于空中平台的传统Ka波段信道，现在正被考虑用于提供更广泛的接入。这意味着，传统上仅需要下变频单个Ka信道的空中平台，现在可能需要工作在多个信道上。

在转换器领域，说起风头正盛的产品，不能不提GSPS ADC—也称RF ADC。关于使用RF ADC的优势，以及如何使用它们进行设计并以高的速率捕获数据，人们进行了大量的讨论。 但是，人们似乎忘了一件事情，即低直流信号。 高性能ADC之前的输入配置或者前端设计，对于实现所需的系统性能非常关键。通常重点在于捕获宽带频率，例如大于1 GHz的宽带频率。然而，在某些应用中，也需要直流或近直流信号，并且受到最终用户的欢迎，因为它们也可以传输重要信息。因此，通过优化整体前端设计来捕获直流和宽带信号需要直流耦合前端，该直流耦合前端一直连接到高速转换器。 考虑到应用的本质，将需要开发一个有源前端设计，因为用于将信号耦合到转换器的无源前端和巴伦本身就已交流耦合。接下来我们以实际系统解决方案为例，概述共模信号的重要性，以及如何正确对放大器前端进行电平转换。

随着电子设备变得更加具有自我意识，针对电压缩放的需求也在增加。我不是在谈论人工智能，如“2001：太空奥德赛”中的Hal。我指的是具有更多自检的电子设备，这需要读取各种范围的许多电压。 缩放输入电压并非总像第一次那么容易（或复杂）。在本文中，我将介绍如何在最近的需将+/- 10 V信号缩小到0到2.5 V范围信号链设计中解决这个挑战，以匹配所有其他信号到模数转换器（ADC）。达到此目标的传递函数呈线性：VOUT = VIN / 8 + 1.25V。 解决方案1： 我的第一个想法是使用同相运算放大器（运放）电路。进行一些快速算术后，我确定了电路，如图1所示，需要1.43V偏置电源，且反馈/接地电阻比为-7/8。