可编程增益放大器

编辑:爱学习互动百科 时间:2019-09-29 05:54:28
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可编程增益放大器(PGA:),是一种通用性很强的放大器,其放大倍数可以根据需要用程序进行控制。
可编程增益放大器含全平衡差动放大器模块、译码器模块和电阻开关阵列模块,全平衡差动放大器模块中的负反馈电阻分压器的电阻比确定该放大器的最大增益,通过译码器模块的译码结果控制电阻开关阵列模块衰减输入信号的衰减量,最终实现该放大器的增益的可编程[1]?
中文名
可编程增益放大器
外文名
Pmgrammable Gain Amplifier

可编程增益放大器简介

随着计算机的应用,为了减少硬件设备,可以使用可编程增益放大器(PGA:Programmable Gain Amplifier)。它是一种通用性很强的放大器,其放大倍数可以根据需要用程序进行控制。采用这种放大器,可通过程序调节放大倍数,使A/D转换器满量程信号达到均一化,因而大大提高测量精度。所谓量程自动转换就是根据需要对所处理的信号利用可编程增益放大器进行倍数的自动调节,以满足后续电路和系统的要求。 可编程增益放大器有两种——组合PGA和集成PGA。
[1]? 编程增益放大器含全平衡差动放大器模块、译码器模块和电阻开关阵列模块,全平衡差动放大器模块中的负反馈电阻分压器的电阻比确定该放大器的最大增益,通过译码器模块的译码结果控制电阻开关阵列模块衰减输入信号的衰减量,最终实现该放大器的增益的可编程。
电阻开关阵列模块是两个对称的含模拟开关的电阻衰减网络,它们的输入电阻恒定,确保对前级形成恒定的负载效应。
可编程增益放大器具有以下优点:结构简单;带宽稳定;和输入电阻恒定,对前级形成恒定的负载效应,在该放大器与前级之间不需增加缓冲电路来隔离。

可编程增益放大器组合PGA

组合PGA一般由运算放大器、仪器放大器或隔离型放电器再加上一些其他附加电路组成。其工作原理是通过程序调整多路转换开关接通的反馈电阻的数值,从而调整放大器的放大倍数。
常用的仪用测量放大器采用两级放大电路,第一级采用同向并联差动放大器,第二级加了一级基本差动放大器,从而构成仪用放大器。该电路的最大优点是输入阻抗高,共模抑制能力强,增益调节方便,并由于结构对称,矢调电压及温度漂移小,故在传感器微弱信号放大系统中得到广泛应用。

可编程增益放大器集成PGA

专门设计的可编程增益放大器电路即集成PGA。集成PGA电路的种类很多,如美国微芯Microchip公司生产的MCP6S21、MCP6S22、MCP6S26、MCP6S28系列,美国模拟仪器公司Analog Devices生产的AD8321等,都属于可编程增益放大器。下面是以MCP6S系列PGA为例说明这种电路的原理及应用,其他于此类似。
MCP6S系列是一种单端、可级联、增益可编程放大器,MCP6S21、MCP6S22、MCP6S26、MCP6S28分别是1路、2路、6路、8路可编程增益放大器,其主要特点如下:
·8种可编程增益选择:+1、+2、+4、+5、+8、+10、+16或+32;
·SPI串行编程接口;
·级联输入和输出;
·低增益误差,最大正负百分之一;
·低漂移,最大正负275uv;
·低电源电流,典型值为1mA;
·单电源供电,2.5V~5.5V。

可编程增益放大器可编程增益放大器的电路分析

可编程增益放大电路可对模拟信号进行放大、转换、滤波,并能把器件中的多个功能模块互联,对电路进行重构,还可调整电路的增益、带宽和阈值。对于可变增益放大器,若增益高,则失调电压大,因此需要对运放进行准确调零,尤其要注意Al的输出。在RFB端串联电位器RP2进行增益的校准。运放A2由于负反馈可变,设定增益越大,闭环频率响应越坏。需要选用增益可变范围窄或开环频率特性好的运放。对于小功率或精密运放,因为牺牲了交流特性,所以当输入几千赫兹以上的信号时应予以注意[1]?

可编程增益放大器可编程增益放大器的设计及工作

以基于VCA822的可编程增益放大器为例,其设计及工作原理如下:
  设计一个通过键盘设置增益,且具有AGC功能的宽带放大器。放大器输入端采用同相放大电路进行阻抗匹配,使输入电阻达到MΩ数量级。该系统设计分为宽带放大、峰值采样、人机交互等3个模块。
宽带放大模块中电压增益可预置的功能是由VCA822实现。VCA822一款直流耦合型宽频带压控增益放大器,最大工作频带宽度可达150 MHz。放大器增益由控制电压和外围电阻阻值共同决定。控制电压的输出是由单片机运算并控制D/A转换器而输出的,因而能够实现较精确的数控。另外,放大器后级接入两档信号处理电路,一档增益0 dB,另一档为衰减档,通过一个控制端口,实现信号在这两档位之间选择。这种方法的优点在于条理清晰,控制方便,易于单片机处理。
针对峰值采样,采用数字检波,即通过高速A/D转换器对输出的正弦信号进行采样,判断一定时间内采集到的数字信号的最大值,该最大值即为该信号的峰值。而这种通用数字峰值检波电路仅能在低频段效果良好,针对系统设计要求中的高频信号,以及某些特定频率信号,将产生一定误差。采用双频数字峰检对信号进行采样,这种方案可有效避免产生误差。
在上述两模块的基础上实现AGC的功能。峰值检波测得的电压值反馈回单片机,单片机对宽带放大电路实现放大精确控制。通过这种方式可将输出信号的峰值稳定在4.8 V左右[1]?

可编程增益放大器可编程增益放大器的性能参数

可编程增益放大器的性能参数可以根据D/A转换器的相应参数换算得到,根据MAX502的性能指标其性能参数如下:
输入失调电压:<±1mV (未调整)
输入失调温漂:±5μV/℃
增益误差:<0.07%(未调整)
增益温度系数:<±1ppm/℃
单位增益带宽:3MHz
压摆率:5V/μs
输出摆幅:±10V(2kΩ负载)
输出电阻:0.2Ω
输出噪声电压:25nV/ Hz
总谐波失真(THD):-90dB[1]?
参考资料
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中国电子学会 计算机学 电子 仪器 互联网