使用单可重置积分电路实现低成本数字控制PGA

"为ADC添加一个带噪声滤波器的数控PGA" 在许多高级电子系统中，对高动态范围信号的精确数字化至关重要。传统的解决方案是采用外部可编程增益放大器（PGA），但这种方法往往增加成本并消耗更多功率，尤其是在那些没有内置PGA的微控制器上。本文提出了一种创新的方法，通过一个单可重置积分电路来实现低成本、易于设计且可数字控制的PGA，同时结合低通滤波器来降低噪声。 首先，这个单可重置积分电路作为PGA的核心，可以显著降低成本。相比于现成的PGA芯片，它减少了额外的硬件需求，简化了系统设计。更重要的是，积分电路的增益可以通过数字方式控制和校正，这为系统提供了更大的灵活性，可以根据具体应用的需求调整增益设置。 其次，集成的低通滤波器是该设计的关键特性。在高噪声环境中，尤其是处理小幅度模拟信号时，这个滤波器能够有效地滤除高频噪声，提升ADC转换结果的精度。滤波器的截止频率与选定的采样速率相关，这意味着滤波性能会自动适应不同的采样策略，优化信号处理。 接下来，我们来看看基本的电路结构。如图1所示，积分电路连接在ADC之前，其状态由fRES信号控制，当fRES为1时，积分电路被重置为零。ADC的采样保持单元由fSH信号触发，fSH的下降沿指示着转换周期的开始。图2描绘了一个完整的A/D转换周期，分为四个阶段：积分电路重置、积分、采样以及A/D转换。积分阶段的持续时间决定了PGA的增益，积分时间越长，增益越大。 通过这种方式，增益可以通过精确控制积分阶段的时间来实现线性调整。例如，如果将积分时间加倍，增益也将相应地加倍。这种动态增益调整的能力使得系统能够适应各种输入信号的幅度，增强了ADC的适应性。 总结来说，通过引入单可重置积分电路和低通滤波器，我们可以构建一个经济高效、数字控制的PGA，它在保持良好信号质量的同时，降低了系统的复杂性和功耗。对于那些需要在有限资源下实现高精度信号采集的嵌入式系统设计者来说，这是一种非常有价值的解决方案。