利用程控增益放大器提高AD转换分辨力
一种提高A_D分辨率的信号调理电路设计
在数据采集电路中，有两个十分重要的指标， 一个是数据采样速率，另一个是数据转换分辨率。 这两个指标相互牵 在 ! " # 芯片的设计制造过程中， 制。特别是在达到一个极限时， 想把指标再提高一 点也要付出极高的代价。比如说， 在“ 闪烁” 型的并 行 ! " # 转换器中，要想把数据转换分辨率提高一 位，则 ! " # 转换器中的比较器数量必须增加一倍， 其增加的成本可想而知。但通过对信号调理电路的 合理设计， 可以在原有的基础上使数据采集电路的 分辨率提高一位。
1 2 IN0 +1 GND DE CDER 3 IN1 +1 4 +Vs -Vs OUT EN SELECT
R1 511 RX 511 RX 511 R4 100 R? RX 511 RX 511
直接 （ $）求反后的值为 - 时， 和符号位组合； （ 对 !）求反后的值不为 - 时， 该值加 # 运算后和符号位组合。 经过以上方法预处理的量化值 则成为增加了一位分辨率的双极性
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结束语 无功补偿容量的配备及安装方式的选择应按照
“ 全面规划， 合理布局， 分级补偿， 就地平衡” 的原则， 结合电网布局， 实行集中补偿与分散补偿相结合； 降 损与调压相结合；高压与低压相结合及供电部门与 用户共同补偿相结合的方式进行，以期取得最大的 综合补偿效益。 参
第五章 程控增益放大模块
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
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。
程控增益放大器和自动调整增益放大器的设计
●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。
低噪_宽带程控增益放大器的实现[1]
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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 。
一种提高AD分辨率的信号调理电路设计
一种提高 Ａ Ｄ分辨率的信号调理电路设计 ／
杨燕翔， 杨景常
（ 四川工业学院 电子信息与电气工程 系， 成都 ６０ ３ ） １０ ９
摘要：／ ＡＤ转换器的分辨率决定着数据采集电 路的 量化精度。 某种因素限制了Ａ Ｄ 当 ／转 换器分辨率进一步提高时， 通过对信号调理电路的合理设计， 可以在原有的基础上使数
／ （）对直接从 Ａ Ｄ转换器出 １ 来的量化值求反 时， （）求反后的值为 ０ 直接 ２ 和符号位组合
（）求反后的值不为０ ３ 时 该值加 １ 运算后和符号位组合 经过以上方法预处理的量化值
图２ 提 高数据采集分辫率的信号调理电路
则成为增加了一位分辨率的双极性 互补二 进制编码 （ 下转第 ２ 页） ９
图３ 主程序框图和串 行通讯服务程序框图
表 １ ／ Ａ Ｄ转换器输出的量化值
采样序列
一ＴＩ 几 竹 ｒ４ 巧 Ｔ６ Ｔ７ ＴＳ ，ｌ９ １０ １ｌ ＴＩＺ ｌ３ Ｔ１４ ｌｓ ｒＩ６ ＴＩ７
符号位
认化位
路选择器Ａ ８８ 接人 ＡＤ转换电路， 来自 Ｄ１ ０ ／ 由 过零 比 较器Ａ ８１ 的输出信号对接人 Ａ Ｄ转换电路 Ｄ０４ ／ 的Ｕ 和 Ｕ 信号进行选择。 ， ｍ 。 电路中 各节点信号之间 的关系见图３ 经过具有提高 Ａ Ｄ转换器分辨率的 ／
１第 ３ 卷 第 ４５ 之 ９ ３ｌ ｔ ｔ ｌ ２０ Ｉ 第 ３期 ０ ２ ｔ
电测 与仪表
Ｅｔ ， １ ｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ＆ Ｉｓ ｕ ｎ ｔ ｎ － － Ｍ ａｕ ｅ ｎ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｉ ｒ ａｏ
４ １ ９ ｕ ３ ．． Ｎ ． ５ ３ ４
Ｍ山 ２Ｘ ２ （）
据采集电路的分辨率提高一位。这可以使整个数据采集系统的性能得到进一步的提高 关键词：／ Ａ Ｄ转换器； 转换器分辨率； 信号调理电路 中图分类号：Ｍ ３＇ 文献标识码： Ｔ ３５． １ Ｂ 文章编号：Ｏ Ｉ１９ （０２０－０６０ ＩＯ－３０ ２０ ）３０３－２
毕业设计-高分辨率ad转换电路的设计[管理资料]
![毕业设计-高分辨率ad转换电路的设计[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/c5c92b28ce2f0066f43322be.png)
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。
一种提高A_D转换分辨率的方法
所以 ,如果程控放大倍数选择为 128 倍 ,那么信
测量一开始 ,先根据样品测量回路输出信
号的 分 辨 率 就 由 原 来 的 214414mV 提 高 到 号的大小 ,由设置子程序对程 控预放放大倍数
214414mV/ 128 = 19μV ,相当于 A/ D 转换位数 及 D/ A 输出基准电压进行设置 。样品信号测
分放大后再进行 A/ D 转换 ,这样可有效地提高 对信号变化部分的测量灵敏度 。但是有时我们 还会遇到第四种情况 ,这就是不同被测量的变 化范围各不相同 ,而被测量在测量过程中变化 又非常小 。在这种情况下 ,如果采用第二种方 法 ,利用程控放大器对信号进行预放 ,由于程控 放大器对信号的变化部分和常值部分进行了同 样的放大 ,要想测出信号的微小变化 ,就需有高 分辨率的 A/ D 转换器 ;如果采用第三种方法 , 一个基准源也难凑效 ,往往需要多个基准源 ,这 样不仅硬件电路复杂 、成本较高 ,而且因基准源 数量受到限制 ,效果也不一定理想 。为了解决 这个问题 ,本文提出借助于 D/ A 输出模拟程控 基准源 ,采用电平移动法提高 A/ D 转换分辨率 的方法 。
用 D/ A 输出模拟程控基准源的电平移动 测量法的中心思想是 :测量时先由 A/ D 转换器 对被测量进行粗测 ,然后根据粗测结果 ,由 D/ A 模拟程控电压基准源输出一个略小于被测信 号的基准电压 ,最后将被测信号与基准电压之 差放大后再进行精确测量 。测量完毕 ,将基准
图 1 测量原理框图
Vin 为被测信号 ,测量时将被测信号高端 同的样品其电阻值相差很大 ,二是测量过程中
接程控放大器双端输入的正端 ,D/ A 输出的高 样品阻值随温度变化较小 。这就给测量带来了
端接至程控放大器双端输入的负端 ,信号地与 一定困难 ,特别是对分辨率的要求很高 。因此
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利用程控增益放大器提高A/D转换分辨力2011-07-03 16:22
利用程控增益放大器提高A/D转换分辨力
徐开友徐承材孙海波
【摘要】分析了程控增益放大器的原理，利用它提高A/D转换分辨力。
给出了电原理图、调试方法及程序流程，并说明了它的主要用途。
【关键词】程控增益放大器，A/D转换，分辨力
INCREASE A/D CONVERSION RESOLUTION BY PROGRAMMED GAIN AMPLIFIER
Xu Kaiyou Xu Chengcai Sun Haibo
ABSTRACT This paper clarifies the theory of programmed gain
amplifier and the theory about increasing the resolution of A/D convertion.It puts forword the circuit,the way to debug and the program flow.And its application is also described.
Key words Programmed gain amplifier,A/D conversion,Resolution
1 程控增益放大器的原理
用程序控制放大器的增益常用下面2种方法。
1)图1是程控增益放大器的电原理图。
它实际上是由集成运放组成
的反向端输入放大器，它的增益为：
图1 程控增益放大器的电原理图
当K1闭合，K2断开时，
当K2闭合，K1断开时，
由公式可见，改变Ri即可改变增益Aufi而开关K的通断可用单片机通过程序控制模拟电子开关的通断来实现。
2)仿示波器Y信道工作原理，在放大器的输入端与信号电压Vi之间加一RC衰减器，在信号电压Vi为不同数值时，单片机通过程序控制不同的Ki接通，从而改变整个放大系统的增益。
(见图2)
图2 程控RC衰减器原理图
在图2中，将衰减器看作整个放大系统的组成部分，则整个放大系统的增益为
A=A1.A2
RC衰减器的工作原理如下：
对输入幅度为E的阶跃电压(见图3)，用拉氏变换和反变换容易求出输出电压为
图3 RC衰减器原理图
式中
显然，当C1R1=C2R2时
此时，输出信号对输入信号而言，只是衰减了1个幅度，而无失真。
对别的形状的周期波形，只要满足C1R1=C2R2，就能使输出信号不失真。
2 用程控增益放大器提高A/D转换分辨力
我们选用8位逐次逼近A/D转换芯片ADC0809，基准电压
VREF=5.000V，该芯片对输入电压的要求范围是0～5.000V。
它的分辨力是5.000×2-8=19.5mV，即输入电压每改变19.5mV，转换结果变化1个字。
一般输入信号幅度小，需要放大后才能进行A/D变换。
设放大器的增益为A，我们分2种情况进行讨论。
1)设被测信号的变化范围是Vi=0～50mV，放大器增益A=100倍，A/D 转换芯片的输入电压Vi×A=0～5.000V,A/D转换对被测电压的分辨力19.5÷100=0.195mV，即被测电压每改变0.195mV，A/D转换结果变化1个字。
2)设被测电压的范围是Vi＝0～25mV，放大器增益A=200倍，A/D 转换芯片的输入电压Vi×A=0～5.000V，A/D转换对被测电压的分辨力
19.5÷200=0.195×mV，即被测电压每改变0.195×mV，A/D转换结果变化1个字。
由分析可见，放大器的增益增加了1倍，则A/D转换对被测信号的分辨力也提高1倍。
放大器的增益变化由程控增益放大器来实现。
3 对变化范围较大的被测信号，作分段处理，提高A/D转换的分辨力
在2．1)中，被测信号的幅度范围为0～50mV，由于A/D转换芯片
对输入电压的范围要求0～5.000V，所以放大器的增益最高只能是A=100倍。
图4 Vi为0～25mV时的放大电路
现在我们作分段处理。
我们将Vi分为0～25mV,25～50mV 2段，将放大器的增益由原来的100倍提高到200倍。
在被测信号Vi为0～25mV时，用图4放大它相当于前面2．2)中的情况。
在被测信号Vi为25～50mV时用图5进行放大。
图5 Vi为25～50mV时的放大电路
图5是一个双端输入的运放电路。
该电路的调整方法如下：
①当Vi=25mV时，调Rw使V0=0V。
此时
②当Vi=50mV时，V0应为5.000V
实际电路若Vi=50mV,V0不是正好等于5.000V，则应仔细调整Rf 使V0=5.000V。
①②步调整反复进行，直至满足Vi=25mV时V0=0V;Vi=50mV时
V0=5.000V。
在被测信号Vi为25～50mV时，放大器的输出V0为0～5.000V,正好满足A/D芯片对输入电压的要求。
对于Vi=0～50mV的情况，分2段后，A=200倍，A/D转换对被测信
号的分辨力为0.195×mV，比前面2．1)中不分段时，分辨力提高了1倍。
对被测信号电压分段，由单片机控制的程控放大器来实现。
(见图6)
图6 Vi为0～50mV时分段处理的放大电路
当Vi在0～25mV范围时，K1接通，K2断开。
当Vi在25～50mV范围时，K2接通，K1断开。
4 用单片机组成带程控增益放大器的A/D转换
用单片机组成带程控增益放大器的A/D转换如图7所示。
图7 程控增益放大器电原理图
图中(R1+RW1)=100R;(R2+RW2)=200R
在单片机系统中，2764为程序存储器，6264为静态RAM，作为数据存储器。
ADC0809为八路八位A/D转换芯片。
ADC0809的时钟信号是单片机8031ALE引脚信号经二分频后得到。
单片机时钟频率选用6MHz，ALE 引脚频率为1MHz，二分频后为500kHz，满足ADC0809对时钟频率的要求。
地址译码引脚A、B、C分别与地址总线的低三位A0、A1、A2相连，以选中IN0～IN7中的1个信号通道。
译码器74LS139的Y0作为片选信号。
由于START与ALE连在一起，因此ADC0809在锁存通道地址的同时也启动转换。
在读取转换结果时，用单片机读信号RD与74LS139的Y0经一级或非后，产生的正脉冲作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。
设输入的被测信号为Vi=0～50mV，利用程控增益放大器提高A/D
转换分辨力，其程序流程图如图8所示。
图8 程序流程
5 主要用途
由分析可知，由于利用程控增益放大器可以提高A/D转换分辨力，故可提高测试精度及提高控制灵敏度，因而它可用在智能测试仪表中，也可用于智能控制仪器仪表中。
作者单位：徐开友天津理工学院
徐承材河北省科学院激光研究所
孙海波河北省科学院自动化研究所
参考文献
〔1〕蒋焕文等.电子测量.北京：计量出版社，1988
〔2〕李朝青.单片机原理及接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，1994
〔3〕王永洪.线性集成运算放大器及其应用.北京：机械工业出版社，1989
〔4〕徐开友等.自动校准放大器.电声技术.1994(3)：1～4。