Como faço para medir uma tensão negativa com um ADC?

Estou trabalhando com um microcontrolador PIC com 10 bits ADC embutido e quero medir uma tensão na faixa de -1 a -3Volts.
Pensei em usar um amplificador operacional no modo de inversão para tornar a tensão positiva e, em seguida, alimentá-lo no ADC do microcontrolador, mas aqui eu teria que alimentar o opamp com uma fonte de alimentação negativa, certo? Eu não quero usar uma fonte de alimentação negativa no momento e queria saber se era possível alcançar essa configuração? Você pode ajudar?

Um amplificador inversor não precisa de um trilho negativo para inverter a tensão.

Tente pensar em seus trilhos de energia como o que fornece sua saída. Se você observar o circuito, todos os pinos do amplificador operacional estão ligados a uma tensão de 0V ou superior. Quando o intervalo de -1 a -3 chegar, ele aparecerá exatamente como o oposto de 1 a 3 na saída. Isso também oferece algumas vantagens como buffer, pois a impedância de entrada do seu pino não afetará muito este circuito (desde que R _in || _Rf seja grande).

Concordo que um simples divisor de resistores faz o trabalho - apenas informando que isso também funciona.

Você pode usar um divisor de tensão, com uma extremidade pendurada no trilho de alimentação positivo. Digamos que você tenha um com resistores iguais e uma fonte de alimentação de 5V, isso resultará em uma tensão entre + 2V e + 1V para sua faixa de -1 a -3V.

+5V +
    |
    R
    |
    +-- OUT
    |
    R
    |
IN -+

A idéia do divisor de tensão é boa, barata, mas fornece o problema de uma alteração na tensão a ser medida será considerada como 1/2 da alteração na entrada do ADC. Se medições precisas são de interesse, a solução é um diodo zener como a metade inferior do divisor. Se a coisa que está sendo medida puder tolerar perder um pouquinho de corrente, isso funcionará muito bem. Os zeners não são absolutamente baixos em sua tensão de ruptura reversa, especialmente para correntes muito pequenas, portanto, não faça o R1 muito grande.

Agora, para ver se este site stackexchange me permite adicionar imagens ...

Este é o circuito padrão para esse tipo de conversão. Simulei para provar a alguém que funcionava, daí o esquema SPICE. Você precisa escolher os valores apropriados do resistor, ele funciona desde que sejam 2R, 2R e R.

Estou no trabalho (não eletrônico) no momento, sem livros eletrônicos ou manuais úteis, então isso será apenas uma idéia aproximada. Talvez alguém possa preencher os detalhes ...

Experimente um espelho atual usando um par de transistores PNP pendurados no trilho Vcc. Alimente o sinal de tensão negativa ao lado de entrada do espelho através de um resistor apropriado. A mesma corrente deve fluir através do transistor de saída do espelho. Com um resistor bem escolhido, você cria uma faixa de tensão entre 0V e Vcc.

EDIT - NEW: Aqui está o esquema esquemático atual. Qualquer que seja a corrente que passe pelo transistor T1, T2 tentará fazer o mesmo fluxo de corrente. A tensão negativa a ser medida, relativa à fonte de alimentação que escolhi aleatoriamente como 15v, cria um pouco de corrente através de R1 (medido em simulação como "corrente de entrada"). Se R2 fosse o mesmo que R1, você encontraria a mesma tensão através dele, se fosse permitido. Mas é conectado a 0V (gnd) - nosso circuito é baseado puramente em uma fonte positiva. Não funcionará, a menos que reduzamos o R2, digamos 1/2 de R1, em seguida, a voltagem será 1/2 do que quer que seja através de R1. Meça, faça contas (whoo, multiplique por 2, muito!) E aí está. O esquema tem valores diferentes, uma proporção diferente , mas acho que todos nós podemos lidar com a matemática para isso.

A vantagem disso em relação a um simples divisor de tensão é que 1) parece mais complicado, 2) é um truque comum no design de CI analógico. Como escrevi outra resposta usando um diodo Zener, não sei agora por que isso é melhor, mas é uma alternativa a um divisor de tensão e pode permitir obter diferentes faixas de voltagem ou algo assim. Agora deixo que outros comentem a sabedoria ou a tolice dessa idéia ...

Você pode nem precisar de um amplificador operacional. Alguns ADCs (como o MCP3304, consulte a folha de dados: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21697e.pdf) possuem um modo diferencial embutido, onde o ADC retorna a diferença de dois canais, o que pode ser um Se você amarrar um canal ao terra (chamado modo pseudo-diferencial), o ADC pode aceitar uma tensão de entrada negativa no outro e convertê-la em um número negativo, tudo sem precisar de uma tensão negativa.

Obviamente, isso só se aplica se o seu ADC suportar esse tipo de coisa. Muitos não têm o modo diferencial.

Acho que já existem respostas muito boas, mas gosto de postar outra abordagem, que estou me usando para fazer basicamente a mesma coisa.

Você poderia usar um amplificador operacional (como um LT1167)? Você, no entanto, precisaria do trilho negativo, mas isso não daria mais precisão? e também melhores maneiras de amplificar a tensão, se desejado, simplesmente adicionando um resistor.

adicionar o trilho negativo é tão fácil quanto adicionar algo como um minmax MCW03-05D05.

O problema que tenho com o uso de resistores é que é muito difícil encontrar resistores idênticos, o que causaria um erro que você precisaria corrigir.