|
DPGA（數(shù)字編程增益放大器）用于模擬信號的放大或衰減，實現(xiàn)一個ADC動態(tài)范圍的最大化。大多數(shù)單片DPGA（如凌特技術(shù)公司的LTC6910和美國國家半導體公司的LPM8100）都在運放的反饋回路中使用一個乘法DAC，這樣用DAC的輸入碼設(shè)定放大器的閉環(huán)增益。除了使用單片DPGA，還可以用兩支運算放大器和三個模擬開關(guān)，建立一個有負時間常數(shù)的DPGA。 顯然大家都很熟悉e–t/RC會聚指數(shù)，RC電路中的一只電容會漸近地放電至零。對于輸入電壓，在t=T=loge(2)RC時 V=VIN/2，t=2T時V=VIN/4，t=3T時V=VIN/8，等等。當用一個合成負電阻的有源電路代替同一個RC結(jié)構(gòu)中的R時，其性能雖不太熟悉但一樣簡單。如果用-R代替電阻R，就建立了一個正RC的時間常數(shù)。于是，就建立了一個發(fā)散指數(shù)VINe+t/RC。 理論上，波形將不能會聚到零，而是發(fā)散至無窮大，并且當t=T時，V=2VIN，t=2T時，V=4VIN，t=3T時，V=8VIN，等等。因此，在負放電開始后簡單地等候正確的時間量（t=log2(V/VIN)T），就可以放大輸入電壓。發(fā)散指數(shù)和負時間常數(shù)是圖2中電路的核心概念。 可以用來自微控制器或其它電路的PWM（脈寬調(diào)制）信號設(shè)定放大器的增益。當PWM信號達到邏輯零時，采樣與保持電容C1充電至 VIN。當PWM信號循環(huán)到邏輯1時，運放A1驅(qū)動正反饋回路R1C1，建立一個負時間常數(shù)。當PWM信號保持在邏輯1時，所獲得的C1充電發(fā)散指數(shù)式上升持續(xù)下去。這種情況產(chǎn)生的凈電壓增益為 VOUT(t)=VIN2(t/10 μs+0.5)。 因此，增益=2(t/10 μs+0.5)，log(增益)=3+0.6dB/μs。在放大周期結(jié)束，PWM返回邏輯零時，放大器A2捕捉并保持住放大的輸入電壓。 增益與時序之間的對數(shù)關(guān)系提供了出色的增益分辨率，即使一個PWM信號只有8bit分辨率，其可編程增益范圍大于每步0.2dB/LSB。 指數(shù)信號時序、ADC采樣、抖動以及RC時間常數(shù)穩(wěn)定的精度與可重復性等都限制了放大的增益編程的精度。在圖2中，1ns的時序誤差（或抖動）會產(chǎn)生 0.007%的增益編程誤差。所幸，幾乎所有微控制器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中都有可編程定時器/計數(shù)器硬件，通常很容易數(shù)字式地生成一個高度可重復的PWM控制信號。 |
