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(多图) 为ADC添加一个带噪声滤波器的数控PGA

Mark Cantrell?? 2013年08月13日 ?? 收藏0
引言

在一些应用中,需要对高动态范围的信号进行数字化。一种常见的数字化方法是在模数转换器(ADC)前面添加一个外部可编程增益放大器(PGA)。只有一少部分微控制器拥有内部PGA。但是,现在的一些PGA均以一个或者多个输入通道单芯片的方式出售。这类PGA增加了系统的成本,并且由于是固定增益解决方案,它通常会消耗更多的功率。

本文为您介绍如何利用一个单可重置积分电路来实现PGA,这种方法的好处是:

●解决方案成本低且易于设计。

●可以数字方式控制和校正增益。

●使用低通滤波器减少信号噪声,其在高噪声的微控制器环境且用于小型模拟信号时特别有用。截止频率随选定采样速率自动调节。

●可以外部控制零电位电压基准。单电源电路时,零电位通常设置为VREF/2,这种方法让其更易于操作。

基本电路

图1显示了这种基本电路,其在ADC前面添加一个积分电路。该积分电路可由信号fRES (1 = 积分电路重置)重置。ADC由信号fSH控制,其连接至ADC的采样保持(SH)单元(1=采样,0=保持)。下降沿启动模数转换周期。

图2显示了图1所示电路的单模数(A/D)转换周期。该周期被划分为四个阶段:

1、“积分电路重置阶段”:重置积分电路为“0”。

2、“积分阶段”:积分电路重置信号被释放,积分电路开始求积分。

3、“采样阶段”:ADC的采样保持单元对积分电路输出采样,即VINT。

4、“A/D转换阶段”:采样保持单元保持电压,而ADC开始转换。

积分阶段的持续时间长短决定PGA的增益,因为其输入端上的电压影响线性斜线:积分时间翻倍,增益翻倍。图3说明了这种影响情况。积分时间翻倍,电压VSH也翻倍。

这种积分方法的一个重要好处是,积分期间对输入信号求平均,其降低了来自输入信号VIN的带外噪声。滤波器的脉冲响应持续时间有限,其与数字FIR滤波器而非标准低通滤波器的性能相当。

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第1页:基本电路

第2页:PGA的实际配置



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