电平移位电路设计（常用于将双极性的宽动态范围信号变成单极性窄动态范围的信号供ADC采集）

前言

在信号调理过程中我们常常会需要将双极性的信号调理成单极性的信号，需要将宽动态范围的信号调理成窄动态范围的信号，本文以一个单极性ADC采样电路的前端信号调理为例介绍该类型电路的设计过程。
要求：为了满足单极性输入范围为0至5V的ADC的采样输入，需将±10V的输入信号调理成0.048V至4.048V的信号。

设计步骤：

1、从±10V变到0.048V至4.048V意味着动态范围从20V变到4V，缩小了5倍，因此首先要有一个放大倍数为1/5的基本放大电路。此处以减法放大器为基础进行设计，在此架构上确定放大倍数相关的电阻取值，此处取反馈电阻为10K，放大电阻为50K。信号从同向端输入，信号放大倍数为10K/50K = 1/5，如图1所示。

仿真验证确实如所期望的，输入信号被缩小了5倍，如图2所示。

2、将输出信号的中点由0V抬升到2.048V，其根本是要在输出端叠加一个直流量，映射到输入端则是在输入端叠加一个直流量，可以用加法电路实现，于是有了图3所示的结构（此处采用的参考源为4.096V的）：

3、为了保证不会改变交流量的放大倍数，要求$$R31//R32=R3（式1）$$为什么是R31与R32并联后的阻值等于R3而不是串联后等于R3？因为由叠加原理可知，当单独求交流量回路时需要将直流电压源V3设为0，即接地，当V3接地后很明显R31和R32是并联的。
4、至此，直流量是加进来了，但怎么让叠加到输出的直流量刚刚好是2.048V呢？为此我们需要将交流源V4设为0（如图4所示），单独分析直流回路。

5、图4是一个简单的同相放大电路，将Vp点的电压放大（1+10/50）=6/5倍后得到预期的2.048V直流量，反推得Vp = 1.707V，于是有$$\frac{R4//R31}{R4//R31+R32}\ast V3=Vp（式2）$$连解式1和式2即可接得R31等于R31等于20K。
6、将R32、R31设成20K，加上信号源进行验证性仿真，完整电路图如图5所示，最终仿真结构如图6所示。