把比 ADC 参考电压更高的信号接进 ADC,第一反应都是「串个分压」。可真动手选 R1、R2 时,Vout = Vin·R2/(R1+R2) 只解决了一半问题:ADC 数据手册写着最大信号源阻抗(SAR ADC 常常 1~50 kΩ),分压的戴维南等效 R1∥R2 超了,采样保持电容充不满、读数就偏低;电阻容差、基准容差又会变成实打实的误差。每次都要翻手册、查标称表、再手算一遍误差,太碎。后来固定用一个在线电阻分压计算器,专门解决 ADC 采样这一档。把用法和几次实测记下来。
工具地址:https://www.dd-cat.cn/tools/voltage-divider
ADC 模式填什么
工具分两种模式,普通分压是「给 R1/R2 算 Vout」,ADC 模式反过来——给量程和 ADC 参数,枚举标称电阻帮你选 R1/R2。ADC 模式要填这些:
- 输入满量程 Vin,max:传感器 / 信号能到的最大电压;
- ADC 参考电压 Vref 和 位数(8 / 10 / 12 / 16 / 24 / 32);
- 满量程裕量:给过冲留的余量,默认 5%;
- ADC 建议最大源阻抗:数据手册里那个值(SAR 常为 1~50 kΩ);
- 分压电阻容差 / 基准电压容差 / ADC 误差(失调+增益+INL):用来算误差预算;
- 阻值序列:E24 / E96 等标称表,或选「不取整」看理论连续值。
它按目标分压比
在标称序列里枚举组合,约束是 ADC 侧源阻抗 手册上限,先保精度、再取最大阻值(功耗最低)。
一次实际使用:10 V 量程接 3.3 V 的 12 位 ADC
手头一个 10 V 量程的传感器,进了 3.3 V、12 位的 ADC,源阻抗手册上限 10 kΩ,电阻用普通 ±1%、基准 ±1%、ADC 误差按 4 LSB:
- 推荐 R1 = 18 kΩ / R2 = 8.2 kΩ(E24);
- 满量程输出 3.13 V,相对目标 3.135 V 误差仅 0.17%;
- 分压比 31.30%,换算比例 3.1951(Vin = Vout × 3.1951);
- 源阻抗 5.63 kΩ,满足 10 kΩ 上限;
- 输入侧等效 1 LSB ≈ 2.57 mV;
- 满量程输入码值 3885,满量程利用率 94.84%;
- 最坏情况输入误差 ±2.48%(电阻 1.37% + 基准 1.00% + ADC 0.10%),RSS 典型误差 ±1.70%。
几个信息量最大的点:
- 它没有停在「分压比算对了」,而是直接告诉你源阻抗合不合格。如果换成阻值更大的组合把分压比凑得更准,源阻抗就会顶到上限附近,SAR ADC 采样瞬间充不满电,读数偏低——这是纸面公式最容易漏的坑。
- 等效 1 LSB 这个值我直接抄进固件注释:Vin = code × 2.574 mV,省得每次推导。
- 误差预算把三项来源拆开列了,一眼看出这里主要误差是 ±1% 电阻(1.37%)和 ±1% 基准(1.00%),不是 ADC 本身。想提精度,先把电阻升级到 ±0.1% 或 E96,而不是纠结 ADC。
再看两个场景
高压采样:100 V
同样 3.3 V / 12 位 / 源阻抗 10 kΩ,但量程换成 100 V:
- 推荐 R1 = 68 kΩ / R2 = 2.2 kΩ,满量程输出 3.13 V、误差仅 0.03%;
- 分压比 3.13%,换算比例 31.91;
- 输入侧等效 1 LSB ≈ 25.7 mV;
- 但最坏误差涨到 ±3.04%——电阻比例误差 1.94%,因为分压比小, 对容差更敏感;
- 支路电流 1.43 mA、总功耗 142.5 mW,已经不能用 0402 了。
高压缩放后分得的电压很小,同样的 LSB 折到输入端就变大,精度要求和电阻功耗都会一起上来,这些工具都直接算给你看了。
高精度:16 位 + ±0.1% 电阻
换成 16 位、裕量压到 2%、电阻和基准都 ±0.1%、ADC 误差 8 LSB:
- 推荐 R1 = 28.7 kΩ / R2 = 13.7 kΩ(E96),源阻抗 9.27 kΩ 仍在限内;
- 输入侧等效 1 LSB ≈ 155.8 µV,满量程利用率 97.91%;
- 最坏情况误差仅 ±0.25%,RSS 典型 ±0.17%。
位数一高,源阻抗上限和 1 LSB 都会逼你重新算一遍——这正是它替我做的事。另外注意裕量选 0 时分辨率最高,但超量程就削顶,工具会提示。
输出里我固定会看的几个量
- 推荐 R1/R2(E24/E96)与备选 1/2/3:备选同样给误差和源阻抗,方便在「高阻省电」和「低阻抗扰」之间挑;
- 满量程输出 / 分压比 / 换算比例:比例直接拿去做软件标定;
- 源阻抗 R1∥R2:ADC 侧硬约束,超限会明确标「已超限」;
- 输入侧等效 1 LSB:固件里 code → 电压的换算系数;
- 最坏情况误差与典型误差(RSS):前者线性和、后者均方根合成,同时给,报告里两个口径都能引用。
上方随参数联动的示意图也会把 R1、R2、Vout、R1∥R2 和误差标出来,截图贴进设计文档正好。
普通分压模式也顺手
如果只是想知道给定 R1/R2 输出多少,切到「普通分压」:5 V 经 9 kΩ / 1 kΩ,工具按 E24 就近圆整成 9.1 kΩ / 1 kΩ,输出 495 mV,并提示相对原值偏差 -0.99%,同时给出支路电流和两颗电阻各自的功耗。选「不取整」时则给理论连续值,方便先验证分压比。
几点注意
- 源阻抗是硬指标: 超过手册上限就要么降阻值、要么降采样率、要么在 ADC 脚并小电容,别只看分压比。
- 满量程裕量别省:0% 分辨率最高,但过冲会削顶;一般留 2~5%。
- 误差源排序看电阻和基准:普通 ±1% 电阻会让比例误差到 1% 量级,想提精度先换低容差电阻 / E96,以及更稳的基准。
- 高压场合算功耗:分压支路电流在最高输入时最大,电阻功耗要按此校核并留 2 倍以上裕量。
- 后级要匹配:这只是分压网络本身,若 ADC 前还有运放 / RC,需把它们的输入阻抗和带宽一起算进来。
以上是我平时用它在 ADC 采样前选分压电阻的流程。它把「分压比 → 标称组合 → 源阻抗校核 → 等效 LSB → 误差预算」一次算完,比翻手册加手算快得多,也更容易发现源阻抗这类只看公式会漏的问题。