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*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，可对下式作条件修正：

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

　　同样，B15单元进行条件修正：

　　=((VinMax-VadMax)/RE1+(Vdd-VadMax)/RE2)-VadMax/RE3

　　B20单元和B21单元里有输入电流公式。注意：当用输入电压时，它提供电流，当用输入电压时吸取电流。

　　为了调用解算器，选择“工具”下的“解算器”，使输入参数如图3。解算器将改变B10~B12单元，使B14和B15保持为0，使B20和B21低于或高于预先设置的工程参数。在本例中，电流限值为±0.1mA。可选择约束条件，点击更换键，对此进行修改。注意：可以通过构造除一个目标外的所有其他目标作为约束条件，用两个或多个目标单元进行工作。

　　使用B18单元证明电阻值产生的电压范围确实正确。通过改变B17单元的值，可以观察Vad值的改变。B17单元含公式(4)。同样也可以用Excel产生标准电阻值，但这里不对此说明。