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DPGA（數(shù)字編程增益放大器）用于模擬信號(hào)的放大或衰減，實(shí)現(xiàn)一個(gè)ADC動(dòng)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(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的LPM8100）都在運(yùn)放的反饋回路中使用一個(gè)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(yùn)算放大器和三個(gè)模擬開關(guān)，建立一個(gè)有負(fù)時(shí)間常數(shù)的DPGA。 顯然大家都很熟悉e–t/RC會(huì)聚指數(shù)，RC電路中的一只電容會(huì)漸近地放電至零。對(duì)于輸入電壓，在t=T=loge(2)RC時(shí) V=VIN/2，t=2T時(shí)V=VIN/4，t=3T時(shí)V=VIN/8，等等。當(dāng)用一個(gè)合成負(fù)電阻的有源電路代替同一個(gè)RC結(jié)構(gòu)中的R時(shí)，其性能雖不太熟悉但一樣簡(jiǎn)單。如果用-R代替電阻R，就建立了一個(gè)正RC的時(shí)間常數(shù)。于是，就建立了一個(gè)發(fā)散指數(shù)VINe+t/RC。 理論上，波形將不能會(huì)聚到零，而是發(fā)散至無(wú)窮大，并且當(dāng)t=T時(shí)，V=2VIN，t=2T時(shí)，V=4VIN，t=3T時(shí)，V=8VIN，等等。因此，在負(fù)放電開始后簡(jiǎn)單地等候正確的時(shí)間量（t=log2(V/VIN)T），就可以放大輸入電壓。發(fā)散指數(shù)和負(fù)時(shí)間常數(shù)是圖2中電路的核心概念。 可以用來(lái)自微控制器或其它電路的PWM（脈寬調(diào)制）信號(hào)設(shè)定放大器的增益。當(dāng)PWM信號(hào)達(dá)到邏輯零時(shí)，采樣與保持電容C1充電至 VIN。當(dāng)PWM信號(hào)循環(huán)到邏輯1時(shí)，運(yùn)放A1驅(qū)動(dòng)正反饋回路R1C1，建立一個(gè)負(fù)時(shí)間常數(shù)。當(dāng)PWM信號(hào)保持在邏輯1時(shí)，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(shí)，放大器A2捕捉并保持住放大的輸入電壓。 增益與時(shí)序之間的對(duì)數(shù)關(guān)系提供了出色的增益分辨率，即使一個(gè)PWM信號(hào)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(hào)時(shí)序、ADC采樣、抖動(dòng)以及RC時(shí)間常數(shù)穩(wěn)定的精度與可重復(fù)性等都限制了放大的增益編程的精度。在圖2中，1ns的時(shí)序誤差（或抖動(dòng)）會(huì)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(shí)器/計(jì)數(shù)器硬件，通常很容易數(shù)字式地生成一個(gè)高度可重復(fù)的PWM控制信號(hào)。 |
