使用单可重置积分电路实现低成本数字控制PGA

"模拟技术中的为ADC添加一个带噪声滤波器的数控PGA" 在模拟电子技术中，模数转换器（ADC）是将模拟信号转化为数字信号的关键组件。在处理高动态范围信号时，常常需要在ADC之前加入可编程增益放大器（PGA）来调整输入信号的幅度，使其适应ADC的输入范围。然而，内置PGA的微控制器并不常见，而独立的PGA芯片则可能增加系统成本并消耗更多功率。因此，本文提出了一个创新的方法，即利用单可重置积分电路来实现低成本、易设计且具有数字控制增益功能的PGA。 这个方法的核心在于积分电路，它可以作为一个简单的可变增益元件。通过控制积分的时间常数，可以调整放大器的增益。同时，积分电路与低通滤波器相结合，能有效降低信号噪声，这对于在高噪声环境中处理微小模拟信号的系统尤其有益。低通滤波器的截止频率会根据所选的采样速率自动调节，确保信号的频谱内容在ADC的奈奎斯特定理允许范围内。 如图1所示，基本电路由积分电路和ADC的采样保持单元组成。积分电路在fRES信号作用下可被重置为零，而在fSH信号的上升沿启动采样过程。ADC的采样保持阶段会捕获积分电路的输出电压VINT。整个A/D转换周期分为四个阶段：积分电路重置、积分、采样和A/D转换。积分阶段的时间决定了增益，积分时间越长，增益越高，因为积分电路的输出电压与积分时间成正比。 积分电路的增益可以通过数字方式控制，例如通过微控制器改变fRES信号的占空比来调整积分时间。此外，该设计允许外部控制零电位电压基准，使得在单电源系统中，零电位可以设置为VREF/2，简化了电路的操作。 此设计的一个显著优点是其灵活性和成本效益。由于不需要额外的PGA芯片，系统成本得以降低，同时由于电路设计简单，调试和维护也变得更加容易。数字控制增益不仅方便了系统校准，还能适应不同输入信号的需求。低通滤波器的集成进一步优化了信号质量，降低了噪声影响，提高了ADC的转换精度。 采用单可重置积分电路实现的PGA结合噪声滤波器，提供了一种经济高效、适应性强的解决方案，适用于需要高动态范围信号处理的各类应用，特别是在资源有限和噪声环境复杂的嵌入式系统中。这种设计方法为工程师提供了一种新的途径，以满足他们对模拟信号数字化的需求，同时保持了系统性能和成本的平衡。