多功能採樣調試電路

本期介紹一個多功能運放採樣電路，稱之為「多功能」是因為這個電路兼容了多種運放電路的結構，稍作調整，就可以做出需要的採樣電路，例如：正向放大，反向放大，差分放大，帶抬升的差分放大，以及配合增加一些基本的濾波。這個電路繪製到PCB板上，可以選擇性的焊接運放周圍的器件，組成不同功能的採樣電路，甚至可以將電阻與電容替換，從而產生更多種變換，這就要靠大家發揮想像力了。

這個圖源自讀研時候的一個項目，當時需要採集的目標信號源特性尚不明確。我的任務是製作一塊通用底板，用來搭載我的核心板，核心板包括一片ARM和一片FPGA，其中FPGA負責調製，以便克服上一篇中提到的DSP移相缺陷，ARM負責給定調製參數，採樣及通信。由於核心板尺寸限制，ADC採樣的信號調理電路放在通用底板上。採樣目標可能是電流，可能是電壓，信號的內阻也不確定，因此設計出了這樣一個採樣電路結構。只要使用者按照我的介面規則安排自己的主電路介面，並對運放周圍電路稍作調整，即可應用，縮短童鞋們的課題研發周期。

首先來看一下這個電路的基本結構：

如圖就是這個多功能運放採樣電路，周圍器件很多，不過大家暫時不需要擔心布線的問題，後面我會給出一個參考布局結構，方便大家直接應用在自己的設計中。

暫時我們可以忽略電容的存在，目前的電容都是用於低通濾波，相信這並不難理解。接下來介紹各種採樣電路的搭建方法。

1 電壓跟隨：運放搭建電壓跟隨器，其實可以不用外圍器件，將輸出與反向輸入連接，信號加在正向輸入端即可，當然不要忘了，你除了信號還有根地線呢，因此要短接R2使輸入信號一端與採樣電路地相連，短接R4使輸入信號另一端與運放同向輸入相連，短接R7，連接負反饋，R8和C4組成低通濾波，根據需要判斷是否短接或設計具體參數。

2 同向放大：同向放大最基本電路包括兩個電阻，分別為反饋電阻R7和反向輸入端接地電阻R7，將R2短接實現輸入信號負端接地，R2一端接地，將R4短接，引入輸入信號。

3 差分放大：差分放大電路的基本結構包括4個電阻，分別為反饋電阻R7，反向輸入R3，正向輸入R4，正向接地R5。在此基礎上上，如果你需要對採樣信號做抬升，可以斷開R5焊接R6，通過設置合理的參考電壓VREF，可以將負電壓抬升到正壓範圍，便於處理器識別。要注意的是，差分放大自帶電壓反向，因此需要主意輸入端正負順序。

4 反向放大：反向放大電路我用的很少，雖然這個電路也可以支持這個功能。反向放大電路包括兩個電阻，反向輸入R3，反饋R7，短接R5，將正輸入端接地：也可以短接R6，將正輸入端接參考電壓。

5 電流採樣：輸入電採樣電阻R1可以用於電流採樣，無論是正向放大，反向放大，還是差分放大，均可增加電流採樣功能，由於反向放大和差分放大輸入阻抗可能不夠理想，採樣電阻R1必須遠小於輸入阻抗才能忽略輸入阻抗分流的影響。

正面：

不知道能不能看清楚，如圖為正反面的器件圖，可以看個大概，圖中不包括採樣電阻和相應的濾波電容，這兩個器件可以放在採樣埠附近。運放背面兩側的電容，是用於電源去耦的。這是兩個LM358運放，可以搭建4通道採樣電路。以最左側電路為例，R11為反饋電阻，C13為反饋電阻並聯的電容，R13為負輸入電阻，R15為正輸入電阻，R17為正輸入接REF電阻，背面三個電阻自左向右，R12為輸入端接地電阻，C18是並聯在正輸入端接地電阻兩側的電容，R16為正輸入端接地電阻。如果看不清楚，可以找我要個Demo圖。

基本還算整潔吧……

我想這個電路，應該還有其他玩法，大家有什麼想法可以直接在下面留言或聯繫我的微信公眾號：匠人電子實驗室

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