利用程控增益放大器提高AD转换分辨力

第五章.程控增益放大模块
在程序设计过程中主要涉及到LCD显示，ADC采样以及SSI通信，其中LCD显示和ADC采样功能设置可参考本书第三章相关内容。

Xxx SPI(SSI)通信
DAC8802采用SPI（相当于Tiva M4的SSI协议）通信协议进行数据传输。

DAC8802是14-bit的DAC，而串行数据锁存在DAC8802的串行输入寄存器(serial input register) 中，该寄存器为16-bit即两个字节长度（2-bit的地址:A1-A0，以及14的DA数据：D13-D0）。

寄存器数据格式如下：
选择使能其中一个DAC模块。

该两个模块的选择通过串行输入寄存器中地址位：A1和A0进行选择。

表xx 地址位设置
DAC8802的时序图如下：
图xx 时序图。

AD603程控增益调整放大器AGC电路常用于RF/IF电路系统中，AGC电路的优劣直接影响着系统的性能。

因此设计了AD603和AD590构成的3~75dBAGC电路，并用于低压载波扩频通信系统中的数据集中器。

在很多信号采集系统中，信号变化的幅度都比较大，那么放大以后的信号幅值有可能超过A/D转换的量程，所以必须根据信号的变化相应调整放大器的增益。

在自动化程度要求较高的系统中，希望能够在程序中用软件控制放大器的增益，或者放大器本身能自动将增益调整到适当的范围。

AD603正是这样一种具有程控增益调整功能的芯片。

它是美国ADI公司的专利产品，是一个低噪、90MHz带宽增益可调的集成运放，如增益用分贝表示，则增益与控制电压成线性关系，压摆率为275V/μs。

管脚间的连接方式决定了可编程的增益范围，增益在-11～+30dB时的带宽为90Mhz，增益在+9～+41dB时具有9MHz带宽，改变管脚间的连接电阻，可使增益处在上述范围内。

该集成电路可应用于射频自动增益放大器、视频增益控制、A/D转换量程扩展和信号测量系统。

AD603的特点、内部结构和工作原理（1）AD603的特点AD603是美国AD公司继AD600后推出的宽频带、低噪声、低畸变、高增益精度的压控VGA芯片。

可用于RF/IF系统中的AGC电路、视频增益控制、A/D范围扩展和信号测量等系统中。

（2）ad603引脚排列是、功能及极限参数AD603的引脚排列如图1所示，表1所列为其引脚功能。

引脚1 增益控制输入“高”电压端（正电压控制）引脚2 增益控制输入“低”电压端（负电压控制）引脚3 运放输入引脚4 运放公共端引脚5 反馈端引脚6 负电源输入引脚7 运放输出引脚8 正电源输入●电源电压Vs：±7.5V；●输入信号幅度VINP：+2V；●增益控制端电压GNEG和GPOS：±Vs；●功耗：400mW；●工作温度范围；AD603A：-40℃～85℃；AD603S：-55℃～+125℃；●存储温度：-65℃～150℃（3）AD603内部结构及原理AD603内部结构图如图2所示。

●集成电路应用　程控增益放大器和自动调整增益放大器的设计武汉华中理工大学自控系(430074)　王俊杰 黄心汉摘　要:在很多信号采集系统中都需要进行量程切换,最常用的方法就是调整放大器的增益;在很多场合需要用软件来控制放大器增益,或者放大器能自动调整增益。

结合一些新近推出的集成芯片,给出了实现这两种放大器的一些实用电路。

关键词:程控增益放大器　自动调整增益放大器　D A 在很多信号采集系统中,信号变化的幅度都比较大,如果采用单一的放大增益,那么放大以后的信号幅值有可能超过A D 转换的量程,所以必须根据信号的变化相应调整放大器增益。

在自动化程度要求较高的系统中,用手工切换电阻来改变放大器增益的方法是不可取的,这就希望能够在程序中用软件控制放大器的增益,或者放大器本身能够自动调整增益到合适的范围。

下面介绍几种采用不同方案设计的程控增益放大器和自动调整增益放大器。

1　使用具有程控增益放大功能的集成芯片近年来,一些著名的模拟器件生产厂家,如AD (A nalog D evice )公司、BB (BU RR -BROWN )公司等都推出了一系列具有程控增益功能的芯片。

表1列出了几种常见型号。

表1　具有程控增益功能的常见集成芯片芯片名称公司可选的放大增益PGA 102103BB 公司1,10,100PGA 203BB 公司1,2,4,8PGA 202 204BB 公司1,10,100,1000AD 365(带采样保持)AD 公司1,10,100,500AD 524AD 公司1,10,100,1000AD 75068(8通道)AD 公司1,2,4,8,16,32,64,128图1　程控增益放大器电路图这些芯片的性能优越,使用方法简单明了,只需很少的外围器件就能构成一个完美的程控增益放大器。

这里给出由PGA 203构成的程控增益放大器的电路图,如图1所示。

在这里,所有的电源都应当通过一个1ΛF 的钽电容接到模拟地;因为11脚和4脚上的任何电阻都会引起增益误差,所以它们的连线应当尽可能短。

器件应用低噪、宽带程控增益放大器的实现中国人民解放军信息工程学院(郑州450002)　海　涛 摘　要　文章介绍ADI 公司的可变增益运放AD603的工作原理及使用要点,给出了以该芯片为核心构成的一种低噪、宽带程控增益放大器的实用电路。

关键词　AD603　程控增益放大器　低噪声　宽带 在谱测量仪器中,一般都需要调谱,所谓调谱就是将某些特征谱线调到确定的位置,而此时所得到的谱测量数据才是正确的。

由于探测器的移动引起温度等因素发生变化,原来调好的谱也会发生漂移,这时候需要重新调谱。

调谱的实质就是要对谱信号进行增益和偏置的调整,这种调整需要通过计算机将数据打入,因此谱测量的硬件电路中必须有程控增益(或称数控增益)和程控偏置放大电路。

程控偏置电路易于实现,而程控增益电路则不易实现。

程控增益放大器可以由运放和模拟开关构成,也可以由运放和乘法型数/模转换器构成,显然,对于谱测量这种精密的、必须进行微调的测量仪器来说只能用后者的方法。

例如可用12位D/A (DAC1210)和高速运放(L F357)构成一个程控放大器,但是,当它用来处理谱信号(可窄到几个微秒的脉冲信号)时,会遇到两个难以解决的问题:(1)由于D/A 转换器的频响不够而引起信号失真。

解决的方法是选择乘法型的高速D/A ,但会大大增加成本。

(2)经D/A 出现的数字干扰会使整个放大电路的噪声(表现为正常信号上迭加一个高频振荡)大大增加,而由此限制了谱测量仪器的分辨率。

如果采用一些补偿的方法去消除这种噪声,将会使电路的频率特性变差,跟不上信号的快速变化。

为此,作者采用了以AD603电压控制、可变增益型运放为核心构成的程控放大器,可解决上述难题。

1　AD603的构成与工作原理1.1　AD603的主要特点AD603是美国ADI 公司的专利产品,是一个低噪(等效输入噪声电压1.3nV/Hz )、90MHz 带宽增益可变型运放,而且以分贝表示的增益与控制电压成线性关系,压摆率为275V/μs 。

高分辨率A/D转换电路的设计院、部：电气与信息工程学院学生姓名：指导教师：职称教授职称讲师专业：电子信息工程班级：电子09完成时间：摘要当今社会是一个信息社会，随着通信技术、计算机技术和微电子技术的高速发展，信息技术已渗透到全社会（例如军事、民用）各个角落，特别是在现代控制、通信及检测等领域，而A/D转换技术在信息处理技术中占有重要地位,特别是高速、高分辨率A/D转换器已经成为现代先进的电子设备或电子系统中不可或缺的重要组成部分。

它广泛应用于雷达、声纳、高分辨率视频和图像显示、军事和医疗成像、高性能的控制器与传感器、数字化仪表、各种检测控制系统以及包括无线电话和基站接收机在内的数字通讯系统等领域。

本次设计的A/D转换电路由高精度、低温漂的基准源和CPLD构建，实现高精度、高分辨率的16位A/D转换。

由系统提供0～100mV连续可调的高精度测试用基准源，其中模拟输入电压为0～100mV，电压通过精准的放大和偏置后送给集成芯片AD650进行V/F变换，转换出来的频率信号由CPLD电路进行测量，结果送交控制器，产生16位A/D转换结果，最后通过LED显示器来对转换结果进行显示。

为了进一步降低干扰，A/D转换和控制电路还采用了光速光电耦合器进行了电气隔离。

关键词：V/F；CPLD；频率计；A/D转换AbstractIn today's society is A information society, with the communication technology, computer technology and the rapid development of modern microelectronics technology, information technology has penetrated into the whole society (such as military and civilian), especially in the field of modern control, communication and detection, and A/D conversion technology in information processing technology plays an important role, especially in high speed and high resolution A/D converter has become A modern advanced electronic devices or electronic systems in the indispensable important component. It is widely used in radar, sonar, high-resolution video and image display, military and medical imaging, high performance controller and sensors, digital meters, all kinds of detection control system and digital communications, including wireless phone and the base station receiver system, etc.It is widely used in radar, sonar, high-resolution video and image display, military and medical imaging, high performance controller and sensors, digital meters, all kinds of detection control system and digital communications, including wireless phone and the base station receiver system, circuit, which is built in the base of analog devices and complicated programmable logic device (CPLD), can deliver 18bit A/D result with high precision. To achieve high precision, The devices that are used in this system should have the characteristic of very love temperature drift .The inputting 0-100mV voltage is first amplified and deflected ,and then delivered to AD650 to perform V/F . The outputting frequency is measured with high precision by CPLD, and the Micro-controller calculate the result .To test the performance of the A/D characteristic, a high precise 0-100mV voltage souse is also available in this system. To reduce the disturbance ,a high speed photoelectricity-coupler is used to insulate the A/D part and the control circuit.Key word: V/F；CPLD；cymometer；A/D conversion目录1绪论............................................................... 0 (1) (1) (3) (3) (3) (3) (3) (4) (5) (8) (8) (9) (9)精密测试基准源 (9)电压的放大及偏置 (10)V/F转换电路的设计 (11)等精度频率计的设计 (15) (16) (17) (17) (19)LED显示器的设计 (20)4. 系统的软件设计 (21) (22) (23) (25) (25)电压信号源的输出测试 (25)A/D转换线性度测量 (26)测试结果误差分析 (26)参考文献 (28)致谢 (30)附录A (29)附录B (36)附录C (40)1绪论当今社会是一个信息社会，随着计算机技术、通信技术和微电子技术的高速发展，信息技术已渗透到军事、民用领域的各个角落，特别是在现代控制和通信及检测等领域，为了能够提高系统的性能指标，广泛采用了数字计算机技术对信号的处理。

程控增益放大器的几种通用设计方法
程控增益放大器是一种能够根据输入信号的大小自动调节增益的放大器，它在许多电子设备中都得到了广泛的应用。

在设计程控增益放大器时，有几种通用的设计方法可以帮助工程师们实现其功能并优化性能。

本文将介绍这些通用的设计方法，并探讨它们的优缺点。

第一种通用的设计方法是利用信号检测电路来实现程控增益放大器。

这种方法通过检测输入信号的大小，然后调节放大器的增益来实现自动调节。

信号检测电路通常会将输入信号转换为直流电压或电流，并根据这个直流信号的大小来控制放大器的增益。

这种方法的优点是设计相对简单，而且能够实现较好的性能。

这种方法通常需要使用额外的电路来实现检测和控制，因此在集成度和成本方面可能会有一定的不利影响。

第二种通用的设计方法是利用数字控制增益放大器。

这种方法通过将放大器的增益控制部分采用数字化的方式来实现。

工程师们可以利用数字控制器来实现增益的调节，从而实现程控增益放大器的功能。

这种方法的优点是可以实现非常灵活的控制，而且可以通过软件来进行调节和优化。

与之前的方法相比，数字控制增益放大器需要更复杂的硬件和软件支持，因此在成本和设计复杂度上可能会有一定的挑战。

除了上述几种通用的设计方法外，还有一些其他的设计方法可以用于实现程控增益放大器，例如利用可变电阻或可变电容来实现增益调节，或者利用特定的线性控制元件来实现程控放大器的功能。

在实际应用中，工程师们可以根据具体的需求和性能指标来选择合适的设计方法，并进行相应的优化和调试。

摘要】概述了程控增益放大器的基本原理，总结了当前程控增益放大器电路的实现方法及其特点。

关键词：程控增益放大器，数字电位器，D／A转换1 引言在自动测控系统和智能仪器中，如果测控信号的范围比较宽，为了保证必要的测量精度，常会采用改变量程的办法。

改变量程时，测量放大器的增益也应相应地加以改变；另外，在数据采集系统中，对于输入的模拟信号一般都需要加前置放大器，以使放大器输出的模拟电压适合于模数转换器的电压范围，但被测信号变化的幅度在不同的场合表现不同动态范围，信号电平可以从微伏级到伏级，模数转换器不可能在各种情况下都与之相匹配，如果采用单一的增益放大，往往使A／D转换器的精度不能最大限度地利用，或致使被测信号削顶饱和，造成很大的测量误差，甚至使A／D转换器损坏。

使用程控增益放大器就能很好地解决这些问题，实现量程的自动切换，或实现全量程的均一化，从而提高A／D转换的有效精度。

因此，程控增益放大器在数据采集系统、自动测控系统和各种智能仪器仪表中得到越来越多的应用。

2 基本原理程控增益放大器（Programmable GainAmplifier，PGA）的基本形式是由运算放大器和模拟开关控制的电阻网络组成，其基本原理如图1所示。

模拟开关则由数字编码控制。

数字编码可用数字硬件电路实现，也可用计算机硬件根据需要来控制。

由图1可知放大器增益G：电路通过数字编码控制模拟开关切换不同的增益电阻，从而实现放大器增益的软件控制。

3 程控增益放大器的实现根据程控增益放大器的基本原理，它有多种实现方法。

（1）最简单的实现方法是基于上述基本原理实现的程控增益放大器。

该电路由运算放大器、模拟开关、数据锁存器和一个电阻网络组成。

其特点是可通过选用精密测量电阻和高性能模拟开关组成精密程控增益放大器，但缺点是漂移较大，输入阻抗不高，电路线路比较复杂。

图2是由数据锁存器74LS373、4SPST模拟开关MAX313、运放0P07和一个电阻网络组成的实用精密程控增益放大器电路，通过选择电阻网络电阻RF1～RF4和电阻RI的阻值，经模拟开关4个通道的切换与组合，可得到15个不同的放大／衰减增益。