为ADC添加一个带噪声滤波器的数控PGA 解决方案, 转换器, 滤波器, 控制器, 放大器

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关键字：ADC   噪声滤波器   数控PGA  
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。