為ADC添加一個帶噪聲濾波器的數(shù)控PGA

如何為ADC添加一個帶噪聲濾波器的數(shù)控PGA在一些應用中，需要對高動態(tài)范圍的信號進行數(shù)字化。一種常見的數(shù)字化方法是在模數(shù)轉換器前面添加一個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)在的一些均以一個或者多個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，它通常會消耗更多的功率。本文為您介紹如何利用一個單可重置積分電路來實現(xiàn)g這種方法的好處是：?解決方案成本低且易于設計。?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噪聲，其在高噪聲的微控制器環(huán)境且用于小型模擬信號時特別有用。截止頻率隨選定采樣速率自動調節(jié)。?可以外部控制零電位電壓基準。單電源電路時，零電位通常設置為 ，這種方法讓其更易于操作。圖顯示了這種基本電路，其在 前面添加一個積分電路。該積分電路可由信號 積分電路重置重置。由信號控制，其連接至的采樣保持 單元采樣，保持。下降沿啟動模數(shù)轉換周期。圖1PGA筌本結構圉

圖顯示了圖所示電路的單模數(shù)A/D轉換周期。該周期被劃分為四個階段:、“積分電路重置階段”：重置積分電路為“0”。、“積分階段”：積分電路重置信號被釋放，積分電路開始求積分。、“采樣階段”：AD的采樣保持單元對積分電路輸出采樣，即、“A/D轉換階段”：采樣保持單元保持電壓，而AD開始轉換。圖2增益=1的學A/D月期積分階段的持續(xù)時間長短決定的增益，因為其輸入端上的電壓影響線性斜線：積分時間翻倍，增益翻倍。圖說明了這種影響情況。積分時間翻倍，電壓也翻倍。

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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重要好處是，積分期間對輸入信號求平均，其降低了來自輸入信號 的帶外噪聲。濾波器的脈沖響應持續(xù)時間有限，其與數(shù)字濾波器而非標準低通濾波器的性能相當。的實際配置反相放大器可以有一個單運算放大器圖。利用開關組件，通過讓電容器短路，可以重置積分電路。組件和均影響積分電路的增益。

圉4PGA的實際配置信號 決定積分電路的零電位電壓并可進行設置，例如，設置為F其中為的基準電壓。當電容器放電時，積分電路被設置為該電壓值。通常，信號可以任何方式出現(xiàn)在系統(tǒng)中。它常常被用作單電源模擬信號鏈的一個虛擬接地或者偏置電壓，圖顯示了圖所示電路的仿真結果。藍色的點標示了的采樣矩。如圖所示，信號被放大至約原來的倍。由于積分電路的反相動作，紅色信號被反相為綠色。S1三0230 50Q S1三0230 50Q 750 1000Time(us}圖5圖4斫示電路犧PICE仿真結果工作原理采樣速率、最大期望增益和 轉換時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間來達到增益G并且不超出積分期間的持續(xù)時間。和的依賴關系可以計算如下：-tG= R.xC開關的關閉時間積分電路重置時間取決于開關的阻抗和電容器的值。校正和的容差帶來增益因數(shù)的改變。電容器應有非常小的壓電效應，以獲得非常線性的積分。電容器會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。老化效應帶來的容差非常小不超過每年）通過把已知電壓應用于輸入端，然后根據(jù)預計和實際值計算偏差和增益的校正值，我們可以用與使用標準時一樣的方法來對此處的增益和偏差進行校正。我們可以對應用中使用的每一個增益因數(shù)進行這種校正。電路改進：僅把 用作一個低通濾波器增益如果不想要輸入信號放大，則可以把電路僅用作一個噪聲濾波器。我們可以將積分電路常量設置為某個能夠獲得固定增益的值。在這種情況下，積分階段會在采樣之后立即開始，而保持階段會被設置為保持模式圖）SampleinteflraiofPeriodP*no4Int^r^tlonPenfidSanipiefciteqratorp-LMRoselPeriodSampleinteflraiofPeriodP*no4Int^r^tlonPenfidSanipiefciteqratorp-LMRoselPeriod囤石PGA泡路僅用作一個派裳^（揩跡=工，非反相積分圖所示電路使用了一個反相積分電路。當這種反相不可接受時，可以在積分電路前面添加一個單電源反相緩沖器，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單的方法，用