為ADC添加一個(gè)帶噪聲濾波器的數(shù)控PGA

如何為ADC添加一個(gè)帶噪聲濾波器的數(shù)控PGA在一些應(yīng)用中，需要對(duì)高動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。一種常見(jiàn)的數(shù)字化方法是在模數(shù)轉(zhuǎn)換器前面添加一個(gè)外部可編程增益放大器。只有一少部分微控制器擁有內(nèi)部。但是，現(xiàn)在的一些均以一個(gè)或者多個(gè)輸入通道單芯片的方式出售。這類增加了系統(tǒng)的成本，并且由于是固定增益解決方案，它通常會(huì)消耗更多的功率。本文為您介紹如何利用一個(gè)單可重置積分電路來(lái)實(shí)現(xiàn)g這種方法的好處是：?解決方案成本低且易于設(shè)計(jì)。?可以數(shù)字方式控制和校正增益。?使用低通濾波器減少信號(hào)噪聲，其在高噪聲的微控制器環(huán)境且用于小型模擬信號(hào)時(shí)特別有用。截止頻率隨選定采樣速率自動(dòng)調(diào)節(jié)。?可以外部控制零電位電壓基準(zhǔn)。單電源電路時(shí)，零電位通常設(shè)置為 ，這種方法讓其更易于操作。圖顯示了這種基本電路，其在 前面添加一個(gè)積分電路。該積分電路可由信號(hào) 積分電路重置重置。由信號(hào)控制，其連接至的采樣保持 單元采樣，保持。下降沿啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換周期。圖1PGA筌本結(jié)構(gòu)圉

圖顯示了圖所示電路的單模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換周期。該周期被劃分為四個(gè)階段:、“積分電路重置階段”：重置積分電路為“0”。、“積分階段”：積分電路重置信號(hào)被釋放，積分電路開(kāi)始求積分。、“采樣階段”：AD的采樣保持單元對(duì)積分電路輸出采樣，即、“A/D轉(zhuǎn)換階段”：采樣保持單元保持電壓，而AD開(kāi)始轉(zhuǎn)換。圖2增益=1的學(xué)A/D月期積分階段的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短決定的增益，因?yàn)槠漭斎攵松系碾妷河绊懢€性斜線：積分時(shí)間翻倍，增益翻倍。圖說(shuō)明了這種影響情況。積分時(shí)間翻倍，電壓也翻倍。

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F?rtodSwnp*PeriodStartofAJOCoowiionPeriodIJ'idcfirH?d[previousvnlu的inleQrntor

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F?rtodSwnp*PeriodStartofAJOCoowiionPeriod圖3PGA媽益=2的單A/D周期這種積分方法的一個(gè)重要好處是，積分期間對(duì)輸入信號(hào)求平均，其降低了來(lái)自輸入信號(hào) 的帶外噪聲。濾波器的脈沖響應(yīng)持續(xù)時(shí)間有限，其與數(shù)字濾波器而非標(biāo)準(zhǔn)低通濾波器的性能相當(dāng)。的實(shí)際配置反相放大器可以有一個(gè)單運(yùn)算放大器圖。利用開(kāi)關(guān)組件，通過(guò)讓電容器短路，可以重置積分電路。組件和均影響積分電路的增益。

圉4PGA的實(shí)際配置信號(hào) 決定積分電路的零電位電壓并可進(jìn)行設(shè)置，例如，設(shè)置為F其中為的基準(zhǔn)電壓。當(dāng)電容器放電時(shí)，積分電路被設(shè)置為該電壓值。通常，信號(hào)可以任何方式出現(xiàn)在系統(tǒng)中。它常常被用作單電源模擬信號(hào)鏈的一個(gè)虛擬接地或者偏置電壓，圖顯示了圖所示電路的仿真結(jié)果。藍(lán)色的點(diǎn)標(biāo)示了的采樣矩。如圖所示，信號(hào)被放大至約原來(lái)的倍。由于積分電路的反相動(dòng)作，紅色信號(hào)被反相為綠色。S1三0230 50Q S1三0230 50Q 750 1000Time(us}圖5圖4斫示電路犧PICE仿真結(jié)果工作原理采樣速率、最大期望增益和 轉(zhuǎn)換時(shí)間影響和定義積分常量的選擇。如圖和所示，積分電路需要足夠的時(shí)間來(lái)達(dá)到增益G并且不超出積分期間的持續(xù)時(shí)間。和的依賴關(guān)系可以計(jì)算如下：-tG= R.xC開(kāi)關(guān)的關(guān)閉時(shí)間積分電路重置時(shí)間取決于開(kāi)關(guān)的阻抗和電容器的值。校正和的容差帶來(lái)增益因數(shù)的改變。電容器應(yīng)有非常小的壓電效應(yīng)，以獲得非常線性的積分。電容器會(huì)有特別大的容差一例如：。這只是初始容差，其可以獲得一次校正。老化效應(yīng)帶來(lái)的容差非常小不超過(guò)每年）通過(guò)把已知電壓應(yīng)用于輸入端，然后根據(jù)預(yù)計(jì)和實(shí)際值計(jì)算偏差和增益的校正值，我們可以用與使用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)一樣的方法來(lái)對(duì)此處的增益和偏差進(jìn)行校正。我們可以對(duì)應(yīng)用中使用的每一個(gè)增益因數(shù)進(jìn)行這種校正。電路改進(jìn)：僅把 用作一個(gè)低通濾波器增益如果不想要輸入信號(hào)放大，則可以把電路僅用作一個(gè)噪聲濾波器。我們可以將積分電路常量設(shè)置為某個(gè)能夠獲得固定增益的值。在這種情況下，積分階段會(huì)在采樣之后立即開(kāi)始，而保持階段會(huì)被設(shè)置為保持模式圖）SampleinteflraiofPeriodP*no4Int^r^tlonPenfidSanipiefciteqratorp-LMRoselPeriodSampleinteflraiofPeriodP*no4Int^r^tlonPenfidSanipiefciteqratorp-LMRoselPeriod囤石PGA泡路僅用作一個(gè)派裳^（揩跡=工，非反相積分圖所示電路使用了一個(gè)反相積分電路。當(dāng)這種反相不可接受時(shí)，可以在積分電路前面添加一個(gè)單電源反相緩沖器，從而讓非反相積分電路的使用成為可能。此處介紹了一種高成本效益且簡(jiǎn)單的方法，用