過(guò)程控制和儀表解決方案于二十世紀(jì)七十年代至八十年代興起的電子革命中脫穎而出。在探尋解決方案的過(guò)程中，現(xiàn)在為人們所熟知的儀表放大器應(yīng)運(yùn)而生。利用數(shù)個(gè)電阻和運(yùn)放，即可設(shè)計(jì)出三運(yùn)放和隨后出現(xiàn)的雙運(yùn)放電路結(jié)構(gòu)。這類解決方案后來(lái)發(fā)展成為集成電路芯片方案。盡管表面看來(lái)變化不大，但實(shí)際并非如此。不斷創(chuàng)新中的數(shù)字革命正在進(jìn)入傳統(tǒng)的模擬領(lǐng)域。

儀表放大器適合用來(lái)獲取差分輸入信號(hào)并抑制共模噪聲，但在將多傳感器輸入信號(hào)整合到系統(tǒng)中時(shí)則顯得束手無(wú)策。比如，壓力傳感器或載荷單元需要儀表放大器將差分輸出信號(hào)變?yōu)閱蝹�(gè)電壓。但這類系統(tǒng)往往需要用溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)。這就需要另一條單獨(dú)的信號(hào)路徑來(lái)獲取該溫度值。

使用單端輸入/輸出可編程增益放大器(Programmable Gain Amplifier，PGA)可以取代兩條單獨(dú)信號(hào)路徑的方法。有了PGA，信號(hào)值的相減、共模噪聲抑制以及差分輸入信號(hào)的過(guò)濾均可在單片機(jī)內(nèi)部完成。PGA還支持多輸入通道的應(yīng)用，通過(guò)SPITM端口可進(jìn)行多輸入通道的配置。眾多傳感器均可配置為PGA輸入。圖1給出了一個(gè)例子。

圖1中所示的這類阻性傳感器橋主要用于壓力、溫度或載荷的傳感。只需使用一個(gè)外部A/D轉(zhuǎn)換器和PGA，就可輕松將來(lái)自這些阻性傳感器橋的差分電壓轉(zhuǎn)換成可處理的數(shù)字值。Microchip的PGA結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。器件的輸入端有一個(gè)復(fù)用器，供用戶將多個(gè)輸入接入器件。復(fù)用器直接與寬帶寬放大器的非反相輸入端相連。放大器的可編程閉環(huán)增益通過(guò)片上的梯形電阻實(shí)現(xiàn)，其可編程增益值有八種選擇，分別為1、2、4、5、8、10、16和32倍。復(fù)用器和PGA與A/D串聯(lián)電路的高速轉(zhuǎn)換響應(yīng)相結(jié)合，使差分輸入信號(hào)迅速被采樣和轉(zhuǎn)換成12位數(shù)字表征值。PIC單片機(jī)將來(lái)自通道CH0和CH1的兩個(gè)信號(hào)值相減。在兩個(gè)信號(hào)相減計(jì)算傳感器響應(yīng)的同時(shí)，還消除頻率較低的共模噪聲。

在獨(dú)立系統(tǒng)中，雖然沒(méi)有PGA也可以容易地進(jìn)行溫度測(cè)量，但在多路信號(hào)復(fù)用的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)溫度傳感功能可以減少很多不必要的麻煩。取消了第二條進(jìn)入單片機(jī)的信號(hào)路徑且同時(shí)保持傳感系統(tǒng)的準(zhǔn)確性是主要優(yōu)點(diǎn)之一。帶復(fù)用功能的PGA有MCP6S22(雙通道)、MCP6S26(六通道)和MCP6S28(八通道)。溫度測(cè)量應(yīng)用中最常見(jiàn)的傳感器有熱敏電阻、溫度傳感芯片、RTD以及熱電偶。Microchip的PGA最適合與熱敏電阻或溫度傳感芯片連接。光敏器件可實(shí)現(xiàn)光與電的轉(zhuǎn)換。這種PGA不太適用于精密應(yīng)用(如CT掃描儀)，但在位置感光應(yīng)用中可有效地發(fā)揮作用。復(fù)用器和PGA與A/D串聯(lián)電路的高速轉(zhuǎn)換響應(yīng)相結(jié)合，使光敏器件輸入信號(hào)被采樣并轉(zhuǎn)換成模擬值，而后迅速轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。這種感光電路的適用范圍是信號(hào)響應(yīng)頻率介于直流和100kHz的應(yīng)用。

MCP6S2X系列PGA采用精密的寬帶寬內(nèi)部放大器。這些精密器件不僅提供了絕佳的失調(diào)電壓性能，而且傳感電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，使設(shè)計(jì)者不必面臨獨(dú)立放大器電路的穩(wěn)定性問(wèn)題。可編程增益放大器的穩(wěn)定電路內(nèi)置于器件中。

欲了解更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)www.microchip.com查閱下列參考資料，并參考以下資料：
    1. AN248“Interfacing MCP6S2X PGAs to PICmicro? Microcontroller”, Ezana Haile, Microchip Technology Inc.
    2. AN251“Bridge Sensing with the MCP6S2X PGAs”, Bonnie C. Baker, Microchip Technology Inc.
    3. AN865“Sensing Light with a Programmable Gain Amplifier”, Bonnie C. Baker, Microchip Technology Inc.
    4. AN867“Temperature Sensing with a Programmable Gain Amplifier”, Bonnie C. Baker, Microchip Technology Inc.

作者介紹
Bonnie C. Baker, Microchip Technology Inc.混合信號(hào)/模擬應(yīng)用部經(jīng)理