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可編程增益放大器
閱讀�17305時間�2011-05-11 15:45:40

  可編程增�放大�(PGA:Pmgrammable Gain Amplifier�,是一種通用性很強的放大器,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�,可通過程序�(diào)節(jié)放大倍數(shù),使A/D�(zhuǎn)換器滿量程信號達(dá)到均一化,從而大大提高測量精�。可編程增益放大器有兩種——組合PGA和集成PGA�

簡介

  可編程增益放大器含全平衡差動放大器模�、譯碼器模塊和電阻開�(guān)陣列模塊,全平衡差動放大器模塊中的負(fù)反饋電阻分壓器的電阻比確定該放大器的增益,通過譯碼器模塊的譯碼�(jié)果控制電阻開�(guān)陣列模塊衰減輸入信號的衰減量,最終實�(xiàn)該放大器的增益的可編��

  電阻開關(guān)陣列模塊是兩個對稱的含模擬開�(guān)的電阻衰減網(wǎng)�(luò),它們的輸入電阻恒定,確保對前級形成恒定的負(fù)載效�(yīng)�

  可編程增益放大器具有以下�(yōu)點:�(jié)�(gòu)簡單;帶寬穩(wěn)�;和輸入電阻恒定,對前級形成恒定的負(fù)載效�(yīng),在該放大器與前級之間不需增加緩沖電路來隔��

電路分析

  可編程增益放大電路可對模擬信號�(jìn)行放�、轉(zhuǎn)�、濾�,并能把器件中的多個功能模塊互�(lián),對電路�(jìn)行重�(gòu),還可調(diào)整電路的增益、帶寬和閾��

可編程增益放大器的電路

  以AD7523�(gòu)成的可編程增益放大為例,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)來控制增�,使增益�1�256范圍�(nèi)變化,由于從D7(�)開始依次只有1位電平為�,所以能�6dB為步�,從6dB變到42dB。AD7523片內(nèi)有模擬開�(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�,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�。若從Al的同相端輸入,則可得到同相信�。對于可變增益放大器,若增益�,則失調(diào)電壓大,因此需要對運放�(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)�,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�(huán)頻率特性好的運放。對于小功率或精密運�,因為犧牲了交流特�,所以當(dāng)輸入幾千赫茲以上的信號時�(yīng)予以注意�

�(shè)計及工作

  以基于VCA822的可編程增益放大器為�,其�(shè)計及工作原理如下�
  �(shè)計一個通過鍵盤�(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)行阻抗匹配,使輸入電阻達(dá)到MΩ�(shù)量級。該系統(tǒng)�(shè)計分為寬帶放�、峰值采�、人機交互等3個模塊�

  寬帶放大模塊中電壓增益可�(yù)置的功能是由VCA822實現(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運算并控制D/A�(zhuǎn)換器而輸出的,因而能�?qū)崿F(xiàn)較精確的�(shù)控。另�,放大器后級接入兩檔信號處理電路,一檔增�0 dB,另一檔為衰減�,通過一個控制端�,實�(xiàn)信號在這兩檔位之間選擇。這種方法的優(yōu)點在于條理清�,控制方�,易于單片機處理�

  針對峰值采�,采用數(shù)字檢�,即通過高速A/D�(zhuǎn)換器對輸出的正弦信號�(jìn)行采�,判斷一定時間內(nèi)采集到的�(shù)字信號的值,該值即為該信號的峰�。而這種通用�(shù)字峰值檢波電路僅能在低頻段效果良好,針對系統(tǒng)�(shè)計要求中的高頻信�,以及某些特定頻率信�,將�(chǎn)生一定誤�。采用雙頻數(shù)字峰檢對信號�(jìn)行采樣,這種方案可有效避免產(chǎn)生誤��

  在上述兩模塊的基�(chǔ)上實�(xiàn)AGC的功�。峰值檢波測得的電壓值反饋回單片�,單片機對寬帶放大電路實�(xiàn)放大精確控制。通過這種方式可將輸出信號的峰值穩(wěn)定在4�8 V左右。該系統(tǒng)總體實現(xiàn)框圖如下圖所��

系統(tǒng)總體實現(xiàn)框圖

控制電路方式

  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來實�(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控制電路方式增益的控制路框圖

性能參數(shù)

  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

�(fā)展器�

  具有8級增益的SPI總線可編程增益放大器是Microchip Technology(美國微芯科技公司)發(fā)布的一款可編程增益放大器系列產(chǎn)�,它是可編程增益放大器的一個發(fā)��

  它是通過對放大器�(jìn)行數(shù)字控制,系統(tǒng)�(shè)計不再是固定不變�,而是可以在運行過程中隨時改變,從而減少了對外部元件的需求�"

  新器件主要應(yīng)用于工業(yè)、儀器儀�、信號處理和傳感處理等領(lǐng)域�

  新器件可提供1通道�2通道輸入,有8個增益等�,能在較低的工作電流下實�(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。此外,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)定時間為200ns,能夠穩(wěn)定運行于1�2�4�5�8�10�16�32V/V的增益系�(tǒng)�

具有8級增益的SPI總線可編程增益放大器

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