文档介绍：D es ig n Fi el d 设计天地
中国科学院上海技术物理研究所汤瑜瑜翁东山危峻冯旗
一种基于总线的新型可编程增益
放大电路的设计
Novel Programmable Gain Amplifier Design Based on I 2C Bus
摘要: 提出了获得多档位、高性能、易实现可编程增益放大电路的新方法,并系统地介绍了该方法的硬件电路
和软件设计。
关键词: 总线;可编程增益放大;数控电位器
引言电路的增益,从而达到控制输出信号幅度的目的。
在各类遥感遥测系统中,模拟信号的动态范围通其原理框图如图所示。
常都很大,一般在几至几十范围内动态范围可按照功能,硬件可分为五个部分: 增益可变放
达,有的甚至是几几百动态范围可达大器; 微控制器; 数字电位器; 多路开关选
以上。而且信号的干扰源多,有时甚至掩盖掉择。
有用信号,很难辨识是有用信号还是干扰信号。此外, 电路特点及功能
不同的材料、形状、尺寸,不同的类型,不同的测量速该电路以单片机为核心组成微处理系
度,得到的信号频谱不同,受干扰信号的特点也不同。统,用软件实现放大器增益的智能控制。该电路先对
对这样的信号进行采集处理,为保证精度,检测系统输入信号的大小进行判断,以一定算法得到相应放大
首先需要对大动态模拟信号的动态范围进行压缩,即倍数,然后转化为增益码再通过总线传递给数字电
对甚至级的信号进行放大,对几十甚至几百位器,选择相应的反馈电阻输出,从而改变放大器的
的信号进行衰减,将信号的变化幅度调整到/ 电放大倍数。
路所需要的范围。针对这一问题,本文提出了一种基微控制器及转换电路
于总线的新型可编程增益放大器的设计方法,可根在模拟输入信号进入微控制器前,首先要将模拟
据输入的模拟信号大小,自动选择量程进行放大衰信号转换成数字信号,本文微控制器部分选用单片机
减。,充分利用在对单输入信号的
转换方面的优势。该芯片利用、两个
可编程增益放大器的硬件电路口,再配以简单的外围电路,通过软件编程即可实现
遥感遥测系统的数据采集部分通常包括一个可编单输入的转换,不需要专门的外部芯片,该
程增益放大器,来确保不同幅度的信号经转换后方法降低了开发成本、减少了电路体积和器件。
为满分辨率的信号。大的信号需要少量甚至无需放大, 数字电位器
小的信号则需要高放大倍数来减少转换器噪音的影响。
对于动态范围很大的模拟输入信号,就需要根据信号
的大小提供相应的放大倍数,本文提出的可编程增益
放大电路就是通过单片机改变输出数字量来控制放大
年月日收到修改稿。图可编程增益放大器硬件原理图
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其中由提供,具体设计时采用芯片,
其内部四个数控电位器的阻值均为 W,因此其增益
范围为,增益误差小于,且呈现极好的交流
特性,具有的增益带宽积、 m 的转换速率和
的响应时间。
可编程增益放大器的软件设计
设计过程当中,数字电位器滑臂位置的控制起着
图单片机与之间的连接
非常重要的作用,对它的控制是通过总线实现的。
对转换后的数字信号进行处理,得到总线是目前常用的一种双向串