可編程增�放大�(PGA:Pmgrammable Gain Amplifier�,是一種通用性很�(qiáng)的放大器,其放大倍數(shù)可以根據(jù)需要用程序�(jìn)行控�。采用這種放大器,可通過(guò)程序�(diào)節(jié)放大倍數(shù),使A/D�(zhuǎn)換器�(mǎn)量程信號(hào)�(dá)到均一�,從而大大提高測(cè)量精�??删幊淘鲆娣糯笃饔袃煞N——組合PGA和集成PGA�
可編程增益放大器含全平衡差動(dòng)放大器模塊、譯碼器模塊和電阻開(kāi)�(guān)陣列模塊,全平衡差動(dòng)放大器模塊中的負(fù)反饋電阻分壓器的電阻比確定該放大器的增益,通過(guò)譯碼器模塊的譯碼�(jié)果控制電阻開(kāi)�(guān)陣列模塊衰減輸入信號(hào)的衰減量,最終實(shí)�(xiàn)該放大器的增益的可編��
電阻�(kāi)�(guān)陣列模塊是兩�(gè)�(duì)�(chēng)的含模擬�(kāi)�(guān)的電阻衰減網(wǎng)�(luò),它們的輸入電阻恒定,確保對(duì)前級(jí)形成恒定的負(fù)載效�(yīng)�
可編程增益放大器具有以下�(yōu)�(diǎn):結(jié)�(gòu)�(jiǎn)�;帶寬穩(wěn)�;和輸入電阻恒定,對(duì)前級(jí)形成恒定的負(fù)載效�(yīng),在該放大器與前�(jí)之間不需增加緩沖電路�(lái)隔離�
可編程增益放大電路可�(duì)模擬信號(hào)�(jìn)行放�、轉(zhuǎn)換、濾�,并能把器件中的多�(gè)功能模塊互聯(lián),對(duì)電路�(jìn)行重�(gòu),還可調(diào)整電路的增益、帶寬和閾��
以AD7523�(gòu)成的可編程增益放大為�,如圖所示是采用A/D�(zhuǎn)換器AD7523�(gòu)成的可編程增益放大器。電路由8位數(shù)�(jù)�(lái)控制增益,使增益�1�256范圍�(nèi)變化,由于從D7(�)�(kāi)始依次只�1位電平為�,所以能�6dB為步�(zhǎng),從6dB變到42dB。AD7523片內(nèi)有模擬開(kāi)�(guān)和R-2R梯形�(wǎng)�(luò),額定阻值為5�20kΩ,中心值為10kΩ。若從RFB端直接輸入信�(hào),側(cè)輸入電阻很低,所以在前面接入緩沖放大器Al,起到倒相的作用。若從Al的同相端輸入,則可得到同相信�(hào)。對(duì)于可�?cè)鲆娣糯笃?,若增益�,則失調(diào)電壓大,因此需要對(duì)�(yùn)放�(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)零,尤其要注意Al的輸�。在RFB端串�(lián)電位器RP2�(jìn)行增益的校準(zhǔn)。運(yùn)放A2由于�(fù)反饋可變,設(shè)定增益越�,閉�(huán)頻率響應(yīng)越壞。需要選用增益可變范圍窄或開(kāi)�(huán)頻率特性好的運(yùn)放。對(duì)于小功率或精密運(yùn)�,因?yàn)闋奚私涣魈�?,所�?dāng)輸入幾千赫茲以上的信�(hào)�(shí)�(yīng)予以注意�
以基于VCA822的可編程增益放大器為�,其�(shè)�(jì)及工作原理如下:
�(shè)�(jì)一�(gè)通過(guò)鍵盤(pán)�(shè)置增益,且具有AGC功能的寬帶放大器。放大器輸入端采用同相放大電路�(jìn)行阻抗匹�,使輸入電阻�(dá)到MΩ�(shù)量級(jí)。該系統(tǒng)�(shè)�(jì)分為寬帶放大、峰值采�、人�(jī)交互�3�(gè)模塊�
寬帶放大模塊中電壓增益可�(yù)置的功能是由VCA822�(shí)�(xiàn)。VCA822一款直流耦合型寬頻帶壓控增益放大�,工作頻帶寬度可�(dá)150 MHz。放大器增益由控制電壓和外圍電阻阻值共同決�??刂齐妷旱妮敵鍪怯蓡纹瑱C(jī)�(yùn)算并控制D/A�(zhuǎn)換器而輸出的,因而能�?qū)崿F(xiàn)較精確的�(shù)�。另�,放大器后級(jí)接入兩檔信號(hào)處理電路,一檔增�0 dB,另一檔為衰減�,通過(guò)一�(gè)控制端口,實(shí)�(xiàn)信號(hào)在這兩檔位之間選擇。這種方法的優(yōu)�(diǎn)在于條理清晰,控制方�,易于單片機(jī)處理�
針對(duì)峰值采樣,采用�(shù)字檢�,即通過(guò)高速A/D�(zhuǎn)換器�(duì)輸出的正弦信�(hào)�(jìn)行采�,判斷一定時(shí)間內(nèi)采集到的�(shù)字信�(hào)的�,該值即為該信號(hào)的峰值。而這種通用�(shù)字峰值檢波電路僅能在低頻段效果良�,針�(duì)系統(tǒng)�(shè)�(jì)要求中的高頻信號(hào),以及某些特定頻率信�(hào),將�(chǎn)生一定誤�。采用雙頻數(shù)字峰檢對(duì)信號(hào)�(jìn)行采�,這種方案可有效避免產(chǎn)生誤��
在上述兩模塊的基�(chǔ)上實(shí)�(xiàn)AGC的功�。峰值檢波測(cè)得的電壓值反饋回單片�(jī),單片機(jī)�(duì)寬帶放大電路�(shí)�(xiàn)放大精確控制。通過(guò)這種方式可將輸出信號(hào)的峰值穩(wěn)定在4�8 V左右。該系統(tǒng)總體�(shí)�(xiàn)框圖如下圖所��
可編程增益放大器方式是直接采用現(xiàn)有的可編程增益放大器集成電路�(lái)�(shí)�(xiàn)增益控制,其電路原理框圖如�4 所�. 這方面的IC �: PGA103 、PGA204 、AD526 、AD620 、THS7001 �,其增益控制都只有固定的幾�. 有的放大倍數(shù)�1 �2 �4 �8 �16 �;有的放大倍數(shù)�1 �10 �100 �1000 �. 增益�(shè)置方式有:電阻�(shè)置法、引腳設(shè)置法、軟件設(shè)置法. CPLD的作用和編程思想與前面介紹的兩種增益控制電路相同.
可編程增益放大器的性能參數(shù)可以根據(jù)D/A�(zhuǎn)換器的相�(yīng)參數(shù)換算得到,根�(jù)MAX502的性能指標(biāo)其性能參數(shù)如下�
輸入失調(diào)電壓:<±1mV (未�(diào)整)
輸入失調(diào)溫漂:�5μV/�
增益誤差:<0.07%(未�(diào)整)
增益溫度系數(shù):<±1ppm/�
單位增益帶寬�3MHz
壓擺率:5V/μs
輸出擺幅:�10V�2kΩ�(fù)載)
輸出電阻�0.2Ω
輸出噪聲電壓�25nV/ Hz
總諧波失真(THD):-90dB
具有8�(jí)增益的SPI總線(xiàn)可編程增益放大器是Microchip Technology(美�(guó)微芯科技公司)發(fā)布的一款可編程增益放大器系列產(chǎn)品,它是可編程增益放大器的一�(gè)�(fā)��
它是通過(guò)�(duì)放大器�(jìn)行數(shù)字控制,系統(tǒng)�(shè)�(jì)不再是固定不變的,而是可以在運(yùn)行過(guò)程中隨時(shí)改變,從而減少了�(duì)外部元件的需��"
新器件主要應(yīng)用于工業(yè)、儀器儀�、信�(hào)處理和傳感處理等�(lǐng)域�
新器件可提供1通道�2通道輸入,有8�(gè)增益等級(jí),能在較低的工作電流下實(shí)�(xiàn)1MHz�18 MHz的增益帶�,降低了電源要求。新器件的工作電壓為2.5伏至5.5�,工作溫度從-40oC�+125oC。此�,新器件可以保持較低的噪音(10 nV/rtHz),以及較低的偏移電壓(150uV�,總諧波失真加上噪聲(THD+N)僅�0.0011�,設(shè)定時(shí)間為200ns,能夠穩(wěn)定運(yùn)行于1�2�4�5�8�10�16�32V/V的增益系�(tǒng)�