可编译放大器

⑴ 可编程运放

http://pdf.dzsc.com/X54/MAX5430_1282366.pdf

+/-15V Digitally Programmable Precision Voltage-Dividers for PGAs

可编程精密分压器MAX5431

MAX5431是一种用于增益可编程的精密分压器。该器件主要特点是：对同相增益可编程放大器可获得的增益为1、2、4及8；分压比精度可达0025%；在芯片上集成了运放偏置电流补偿用的匹配电阻;工作电压为单电源＋12V～＋15V或双电源±（12V～15V）；工作电流小，典型值为35μA；有CMOS与TTL电平兼容的两线并行接口来控制增益；3V逻辑电平兼容；10管脚μMAX封装，工作温度范围-40℃～ ＋85℃。
管脚排列及功能
MAX5431的管脚排列如图1所示，其内部结构如图2所示。它主要由4选1译码器、4个模拟开关及4个分压器电阻组成。根据 D0、D1 端输入不同的电平来选择不同的模拟开关闭合，使运算放大器有不同的增益，如附表所示。

H为分压器电阻高端，L为低端，W为中间抽头。Vdd为电源正电压输人、Vss为电源负电压输人、GND为地。若采用单电源时，Vss接GND。MATCH_H及MATCH_L内有一个匹配电阻，用来补偿运算放大器由于输人偏置电流引起的失调电压。
典型应用电路
MAX5431的典型应用电路如图3所示。它由μC（微控制器）来控制放大器的增益。MAX5431的开关时间取决于W端的负载电容。为此，W端与运放反相端之间的距离应尽量短，并且选择低输入电容的运算放大器。
在DO、D1输入都是低电平时，模拟开关S1闭合，运算放大器接成跟随器（RF=0，RIN ＝8R），所以输出电压 VOUT=VIN,其增益为l。若模拟开关S2闭合，则RF=RIN=4R，其增益为2，余类推。

⑵ 可编程增益放大器的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 。
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⑶ 可编程增益放大器的集成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。
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⑷ 可编程增益放大器的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 。
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⑸ 可编程增益放大器的组合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。