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把毫伏级的信号量程换成微伏,再和一个 ADC 码比大小——附 10 到 24 位的 LSB 数值,以及填满输入范围所需的增益。

把毫伏量程换成每个 ADC 码多少微伏

只要开始拿信号和一个 ADC 码比大小,它就不再是毫伏级的问题了。基准电压除以 2n,结果落在微伏,所以在回答“这个量程能推动多少个码”之前,先得把传感器输出也换成同一个单位。

换算系数:1 mV = 1,000 µV——毫伏乘以 1,000。举例:4.7 mV 的电桥输出是 4,700 µV。在 3.3 V 基准的 12 位转换器上,1 个 LSB 是 3.3 V ÷ 4,096 = 805.7 µV,所以这整个量程只让码值动了大约 5.8 个字

这两个单位各自在做什么

量程是按毫伏给的

2 mV/V 的称重传感器配 5 V 激励,满量程输出 10 mV;分流器上是 75 mV;K 型热电偶每 °C 约 41 µV。

一个码落在微伏

LSB = Vref ÷ 2n:3.3 V 基准下,12 位是 805.7 µV,16 位只有 50.4 µV——再用毫伏就不方便了。

增益把两者连起来

增益就是两个量程之比:输入范围 ÷ 传感器量程。先把两边统一到同一单位,才不会在放大器设计里滑掉一个一千倍。

四步把数据手册上的量程换成微伏

1

照数据手册输入量程

把传感器的满量程输出填进毫伏框——104.70,082。小数点用逗号或点都识别,空格会被忽略,所以从表格里粘来的数值原样就能算。

2

用微伏值除以您的 LSB

µV 一侧随打字刷新。再除以下表里的 LSB,就得到码值跨度:10 mV = 10,000 µV,在 12 位/3.3 V 下是 12.4 个码,换到 16 位则是 198.6 个码。

3

从一个码往回算

两个框都能编辑,所以也可以把 50.4 这样的 LSB 填进 µV 一侧,反过来读毫伏等效值。交换按钮(↔)则把标注的方向整个翻过来。

4

把纯数字复制进增益计算

每个框都有自己的复制按钮,而且只复制数字——不带单位、不带千位空格——数值可以干净地落进表格。在框内按 Ctrl + C 效果一样。

要往微伏以下走:两侧的可搜索单位菜单涵盖全部 12 种电压单位,算噪声指标时可以直接切到 nV 或 pV。输出保留 8 位小数,低于 1e-6 时改用科学计数法。

常见 ADC 分辨率对应的 LSB 微伏值

下面每一个数字都是 Vref ÷ 2n 折算成微伏,取的是混合信号板上最常见的三种基准电压。

分辨率 量化级数(2n 2.5 V 下 1 LSB 3.3 V 下 1 LSB 5.0 V 下 1 LSB
10 位 1,024 2,441.4 µV 3,222.7 µV 4,882.8 µV
12 位 4,096 610.4 µV 805.7 µV 1,220.7 µV
14 位 16,384 152.6 µV 201.4 µV 305.2 µV
16 位 65,536 38.1 µV 50.4 µV 76.3 µV
18 位 262,144 9.54 µV 12.59 µV 19.07 µV
20 位 1,048,576 2.384 µV 3.147 µV 4.768 µV
24 位 16,777,216 0.149 µV 0.197 µV 0.298 µV
两种定义并存:有些数据手册把 LSB 定义为满量程范围 ÷(2n − 1)——在 12 位/3.3 V 下是 805.9 µV 而不是 805.7 µV,差 0.02%。真正要留意的是另一点:双极性或差分输入跨越 ±Vref 时满量程范围翻倍,一个码对应的微伏数也就是表中数值的两倍。

这个换算器在这套流程里做什么

输入量程,微伏随打字出来

微伏值一个键一个键地跟着变,可以拿几个候选量程逐一对着同一个 LSB 扫一遍,不用重跑任何计算。

输入 LSB,反推量程

两个框都接受输入,交换按钮还能整体翻转方向——已知码的大小、想知道毫伏等效值时正好用得上。

数字干净到可以直接粘

每个框的复制按钮只交出数字,不带单位也不带显示分组,增益表格拿到就能参与运算。

一直到噪声底噪都看得清

两侧共 12 种电压单位、8 位小数输出加上自动科学计数法,纳伏量级的数字也不会糊掉。所有运算都在您的浏览器里完成。

分辨率与增益常见问题

12 位和 16 位 ADC 的 1 个 LSB 各是多少微伏?

在 3.3 V 基准下,12 位一个码是 805.7 µV(3.3 ÷ 4,096),16 位是 50.4 µV(3.3 ÷ 65,536)——多四位,细了 16 倍。换成 5 V 基准,这两个数变成 1,220.7 µV 和 76.3 µV,可见基准电压和位数一样要紧。

要让 10 mV 的传感器量程填满 3.3 V 输入,需要多大增益?

把两个量程换到同一单位再相除:3.3 V 是 3,300 mV,于是 3,300 ÷ 10 = 330 V/V 刚好填满。但要给放大器失调、基准公差和传感器超量程留余量,取 200 或 250 这样的常规值更稳妥。取 330 时 4,096 个码全部用上,折算到输入端一个码值 10 mV ÷ 4,096 = 2.44 µV;取 200 时信号占 2.0 V,约 2,482 个码,每码 4.03 µV。

为什么有效位数(ENOB)比数据手册上的位数还差?

位数描述的是码的映射关系,ENOB 描述的是在噪声和失真之下还剩下什么,它由实测的信纳比推出:ENOB =(SINAD − 1.76)÷ 6.02。一只标称 78 dB SINAD 的 16 位转换器,有效位约 12.7 位,所以在 3.3 V 下它可信的步进大约是 510 µV,而不是理想的 50.4 µV。

如果噪声底噪已经大于一个 LSB,加位数还有用吗?

只在 LSB 还没掉到噪声以下时有用。若等效输入噪声为 30 µV 有效值,峰峰值约为 6.6 倍有效值,即约 198 µV——无噪声分辨率为 3.3 V ÷ 198 µV ≈ 16,700 级,接近 14 位。此时从 12 位换到 16 位仍然有收益;从 16 位换到 24 位则没有,多出来的码只是在给噪声做抖动。再往后能拿分的是更安静的增益级、更窄的带宽和更好的基准。

过采样加平均能提高多少分辨率?

对 N 个互不相关的样本取平均,可把有效值噪声降到 1/√N——每 4 倍过采样多得 1 位。一路 12 位、LSB 为 805.7 µV 的通道,平均 16 次的表现相当于 14 位(约 201 µV);平均 256 次接近 16 位水平的 50.4 µV,代价是吞吐率降到 1/256。它需要大约 1 个 LSB 峰峰值的噪声或抖动才能生效,而且永远消除不了增益误差、失调和非线性。

mV
µV

LSB 大小与信号量程

0.0381 mV=38.1 µV
0.0504 mV=50.4 µV
0.0763 mV=76.3 µV
0.806 mV=806 µV
1.2207 mV=1,220.7 µV
10 mV=10,000 µV

毫伏(mV)

传感器量程惯用的单位:2 mV/V 称重传感器配 5 V 激励满量程 10 mV,分流器两端 75 mV。不加放大时,10 mV 量程在 3.3 V 基准的 12 位转换器上只推动 4,096 个码里的约 12 个。

微伏(µV)

百万分之一伏特,也是一个 ADC 码天然的单位:V_ref ÷ 2^n 在 3.3 V 下,12 位为 805.7 µV,16 位为 50.4 µV。低于这个数值之后,决定分辨能力的是转换器和放大器噪声,而不是位数。

把传感器量程按毫伏输入——微伏值随打字刷新,可直接除以您的 LSB
两个框都能编辑:在 µV 一侧填 50.4 这样的 LSB,或按交换(↔),即可反推毫伏
每个框的复制按钮只给纯数字——不带单位、不带空格——可直接落进增益表格
全部在浏览器里运行;低于 1e-6 的结果改用科学计数法,纳伏量级照样看得清
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