用Excel计算A-D电平移位器的电阻值

单电源供电的模数转换器(ADC)和比较器常需要连接5V的实际信号,当然可以使用运放和/或仪表放大器对信号进行调节,但很少有工程师想到通常还可使用电阻网络(见图1)实现电平转换。

对此持批评态度的人认为电阻网络会加大电源电压负载并带来畸变。我们可将此限制作到Microsoft Excel中,确保电阻值不引起输入过载。另外,也要考虑到有些ADC在高电源阻抗下不能很好地 工作,所以可能需要用适当的运放进行缓冲。

我们需要用基尔霍夫定律计算电阻值,基尔霍夫定律为:流入各节点的电流之和为零。对于三个电阻的连接点有:

(VIN-VAD)/R1+(VDD-VAD)/R2+(VSS-VAD)/R3=0 (1)

例如,假设VDD=5V、VSS=0V、VIN=5V,ADC输入必须在0~2.5V之间。VIN=-5V时,为满足VAD=0V,可将以上值代入式(1)有:

(-5/R1)+(5/R2)=0 (2)

当VIN=+5V时,如要使输入为2.5V,可代入式(1)有:

(2.5/R1)+(2.5/R2)-(2.5/R3)=0 (3)

这时,得到两个三元方程,有一个自由度。这个问题可进一步用下列方法解决。设VSS恒等于1,重新整理式(1)可得下式:

VAD=[(-R2×R3×VIN)-R1×R3×VDD]/[(-R1×R2)-(R2×R3)-(R1×R3)] (4)

每一次做这种工作,过程都很繁琐。而Excel有一称为“解算器”的特点,即一旦设置好,解算器很容易做完整个工作。按下述方法使用解算器。

在Windows中,进入控制面板,选择添加/删除程序选项,选择Microsoft Office,进行更改或更新安装。在表上找到Excel,为添加Solver组件,选择“从我的计算机运行”。按照提示完成安装,再运行Excel,点击“工具”下的“插件”,选择该项。此后,按照出现的提示进行。

装入ADinput.xls工作表之后,打开该工作表如图2所示。将参数输入到B5~B9单元。B14单元包含公式1,可对下式作最小条件修正:

=((VinMin-VadMin)/RE1+(Vdd-VadMin)/RE2)-VadMin/RE3

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