前几天发表了一篇文章，从理论的角度详细分析了车速检测电路。

有网友留言，这么简单的高低电平检测电路，整那么公式，真是读书读太多了。

可能这位网友不知道，

所有动车和飞机的控制系统没有一个是国内厂家提供的。

所有汽车上与安全相关的控制系统比如发动机控制系统，电子助力转向系统没有一个是国内厂家提供的。

我们可以设计出功能更花哨的产品，

但是做不了几个ppm不良率，

做不了连续几年甚至几十年的无故障运行，

做不了在极限环境条件下的无故障运行；

做不了几十年的使用寿命。

我对网友的评论不服气，今天特意挑了一个最简单的R、C电路结合自己的经验做深入的理论分析。

一般情况下，模拟信号经过运算放大器的信号调理(放大，滤波等)以及阻抗变换之后，

经过一个电阻和电容组成的低通滤波电路，

送入处理器的模数转换接口，如下图：

模数转换输入电路

MCU的模数转换器一般只有一个，但是一个转换器可以支持多个通道。

比如STM32F103单片机的模数转换器1可以支持16个模数转换通道。

多个通道的转换实际上是分时工作时，不同通道通过MCU内部的模拟开关进行切换。

再通过内部的采样电容进行采样，采样之后再进行转换。

整个转换分为采样和转换两个过程。

转换时钟和采样时间可以通过寄存器进行设置。

考虑内部器件之后，完整的模数转换电路如下：

考虑内部器件之后的完整电路

其中，RI是内部模拟开关的等效电阻，大概为1KΩ，

S1为模拟开关，

CP为采样电容，大概为几十pF。

可以去掉电阻R5吗？

R5起到了限流和配合电容C1实现低通滤波、滤除高频干扰信号的作用。

可以限制两方面的电流，

当设备上电时，运放的供电电源和单片机的供电电源可能不能同时上电。

当运放先上电的，单片机还没有上电时，整个电路会产生如下图所示的回路：

未接限流电阻时的上电电路

运放输出的高电压通过单片机内部的上拉保护二极管向并接在电源上的大电容充电。

瞬间充电电流为(运放输出电压-二极管压降/(运放输出电阻+电解电容的等效串联电阻)。

运放输出电阻和电解电容的等效串联电阻都比较小，这样就产生了瞬间大电流。

这个大电流虽然时间短，不至于立即损坏器件，但是也会造成器件的损伤，日长月久，就导致设备使用寿命下降。

可以去掉电阻C1吗？

电容C1的主要作用是与R5配合实现低通滤波、滤除高频干扰信号。

与此同时，C1可以加速向采样电容CH的充电，减小采样时间，提高模数转换的采样率的作用。

R5，C1应该怎么取值

R5不宜过小，R5太小，为了达到滤波效果，C1需要增加。

导致电流增加，瞬态过程时间延长，功耗增大。

R5不宜过大，R5太大，则PCB板走线的滤电阻以及干扰信号容易会对模拟信号产生影响，影响模数转换的精度。

对于采样率为500ksampls/s的采样率、考虑采样时间，干扰等因素，一般R5取4.7KΩ或5.1KΩ。

确定完R5之后，根据有效信号的频率确定低通滤波器-6dB的截止频率，再根据这一截止频率确定C1的值。

比如测试市电信号，有效频率为50Hz，如果将-6dB截止频率定为200Hz，也就是200Hz的信号经过该滤波器后衰减一半，由有1/(2*pi*R5*C1)=200,可以推导出C1=0.16uF，可以选择104的电容。

对于变化比较缓慢的信号，比如室温检测，则可以根据模数转换数值的刷新要求选择合适的电容。

比如为了达到比较好的效果，室温检测的数值需要在200ms左右刷新。此时可以选择过滤掉10Hz以上的信号。

1/(2*pi*R5*C1)=10,可以推导出C1=3.38uF，可选择105的电容，也可以适当将电阻R5适当增大。比如选择10kΩ电阻，以及105的电容。

此外，根据奈奎斯特采样定理，速率必须至少是模拟信号带宽最大值的两倍，以便完全恢复信号，否则会产生频率混迭，使得信号失真，以后有机会再详述。