别小看这两个电阻：ADC 分压比例里的门道

在 Meshtastic 设备里，ADC（模数转换器）最常见的用途就是检测电池电压，从而推算出当前电池电量。这样用户在屏幕或 App 上就能直观地看到电池还剩多少电。

要实现这一点，电池的电压需要送入 MCU 的 ADC 引脚，但电池电压往往高于 ADC 可承受的上限，于是就引出了“电阻分压”这个环节。分压比例的选择不仅关系到芯片是否安全，还会直接影响电量显示的精度。

在 MeshCN 的微信群里，群友 齐齐哈尔-BG2ELG🍓 提出了一个很典型又有意思的问题：

“为什么大家普遍推荐用 2:3 的电阻分压比例？既然 ADC 系数可以在软件里自定义，为什么还是推荐 2:3 呢？”

别看问题简短，这背后其实隐藏着嵌入式硬件设计里的经验法则。

有意思的是，BG2ELG 哥不只是爱提问，他还是社区的活跃贡献者。几个月前，他在 MeshCN 博客上发表过一篇教程《【超越蓝牙、WiFi、串口】使用 Meshtastic mesh 网络远程管理节点》，详细讲解了如何通过 PKC 公钥体系来远程管理节点，如同平时使用电脑的远程桌面一样。那篇文章更多是软件和安全层面的探索，而这一次，他的问题则把我们带回到了硬件电路设计的细节。

更精彩的是，BG2ELG 和另一位群友 大庆-BG2EFX，曾经一起创造了 MeshCN 中国社区迄今为止最远的直连记录：从大庆到齐齐哈尔，整整 114 公里的距离，依然能稳定 LoRa 直接连通！这让社区的小伙伴们第一次真切地感受到 LoRa Mesh 在极端距离下的潜力。

我们就借这个问题，把电阻分压和 ADC 的故事好好聊一聊。

分压与 ADC 的关系

在嵌入式系统中，ADC（模数转换器）的作用是将模拟电压信号转换为数字数值。由于绝大多数 MCU 的 ADC 输入范围上限是 3.3V（有些是 1.2V 或 5V，但常见的是 3.3V），如果直接将电池电压接入，往往会超出这个范围，从而导致芯片损坏。

以单节锂电池为例，它的满电电压大约是 4.2V，这显然高于 ADC 的安全电压，因此需要通过电阻分压电路把电压降到安全范围之内。

电阻分压的原理很简单，它通过两个串联的电阻将输入电压按比例分配，输出电压会落在总电压的某一个比例区间内。公式可以写作：

$$
V_{adc} = V_{bat} \times \frac{R_2}{R_1 + R_2}
$$

其中，$V_{bat}$ 是电池电压，$V_{adc}$ （在上图中是 AIN）是进入 ADC 的电压，$R_1:R_2$ 是分压电阻的比例。通过选择合适的电阻比例，我们就可以把 4.2V 压低到 3.3V 以下，确保 ADC 安全工作。

分压比例不仅决定了电池电压是否安全地映射到 ADC，还直接影响 ADC 的测量精度。

ADC 本身的分辨率是固定的，例如 12 位 ADC 拥有 4096 个台阶。如果电池的工作区间是 3.0V 到 4.2V，总跨度只有 1.2V，而分压电路会进一步把这段电压压缩到某个更小的范围。

压缩得太多，就意味着同样的 1.2V 电池电压变化，只能映射到 ADC 的少数几个台阶上，测量精度就下降了。压缩得过少，虽然利用了更多的 ADC 台阶，但可能会接近 3.3V 上限，风险增大。

因此，分压比例本质上是在安全性和精度之间寻找平衡。

例如，如果使用 1:1 的分压，电池 4.2V 会被压到 2.1V，非常安全，但浪费了 ADC 的可用范围，只有约 64% 的量程被利用。

相比之下，使用 2:3 的分压，电池 4.2V 会被压到 2.8V，这样既能保持安全余量，又能让电池电压的变化覆盖大约 85% 的 ADC 范围，分辨率也显著提高。

换句话说，电阻分压不仅是一个保护措施，它还决定了 ADC 测量的细腻程度。比例选得过于保守，虽然安全，但数值变化不够灵敏；比例选得过于激进，虽然分辨率高，但可能带来过压风险。

2:3 的“黄金比例”

以 4.2V 电池、12 位 ADC 为例，我们来比较一下常见分压方案：

从表格数据可以看出，分压比例直接决定了 ADC 的利用率和分辨率。对于 12 位 ADC 而言，总共有 2 的 12 次方，即 4096 个台阶可用，但如果输入电压被压得太低，就只能用到其中一部分，从而降低了精度。

• 在 1:1 或 1:2 分压下，4.2V 电池电压被压到约 2.1V，只利用了大约 64% 的 ADC 动态范围。换句话说，本来 4096 个台阶只用了 2620 个左右，每个台阶大约对应 0.46 mV 的分辨率。这种情况下测量仍然可用，但对细节变化的感知能力下降。
• 2:3 分压则让 4.2V 映射到 2.8V，利用率达到 85%，可以用到 3480 个台阶。每一步电压缩小到 0.34 mV，比前面两种情况更精细。这样，电池电压的微小变化都能被捕捉到，非常适合需要高精度监测的场合。
• 3:5 分压介于两者之间，利用率 76%，每步约 0.38 mV。虽然比 1:1、1:2 好一些，但依然不如 2:3 充分。

为什么说 2:3 是最佳选择？原因主要有三点：

第一，保护 ADC 不超压。当电池 4.2V 时，经过 2:3 分压后只剩下约 2.8V，离 3.3V 还有余量，安全可靠。就算充电时偶尔出现小尖峰，也不会轻易烧坏芯片。

第二，提高测量精度。ADC 的位数是固定的（12 位 = 4096 步）。如果分压比例太大，电池电压被压得太小，相当于把“尺子”拿来只用一半，浪费了精度。2:3 分压能把电池常见的 3.0–4.2V 转换成 1.8–2.8V 的范围，几乎用满了 ADC 的量程，分辨率非常高。

第三，安全与精度兼顾。1:2 太安全但浪费量程，3:4 精度更高但几乎没有余量。只有 2:3 在两者之间找到了完美平衡点。

因此，从分辨率和 mV 精度的角度来看，2:3 分压确实是最合理的选择。它既能充分利用 ADC 的动态范围，又不会让输出电压接近 3.3V 极限，兼顾了安全性与精度。

为什么不能只靠软件校准？

有人可能会说：“既然 ADC 系数可以在软件里改，分压比例不就随便了吗？”

其实不行。原因有三：

1. 软件无法避免硬件过压风险；
2. 软件也改变不了 ADC 分辨率的利用率；

所以，分压比例不是“想改就改”的参数，而是设计中必须先考虑好的安全保障。

总结

这就是为什么在很多 MCU 需要分压电路的项目里，大家都会默契地推荐 2:3 的分压比例。它不仅仅是一个简单的电阻选择，更是安全与精度之间的经验平衡。

而更让人兴奋的是，像 齐齐哈尔-BG2ELG🍓 和 大庆-BG2EFX 这样的群友，不只是钻研电路的小细节，还敢于挑战极限。他们联手创造了 114 KM 直连的纪录，让 MeshCN 社区第一次见识到 LoRa Mesh 在现实环境下的真正潜力。

正是因为有这些既好奇又敢玩的伙伴，MeshCN 的讨论氛围才格外生动。下次有人问你为什么要选 2:3 的分压比例时，你不仅可以讲清楚原理，还能顺带吹一波社区里传奇们的故事。