F280049C Programmable Gain Amplifier PGA

news2024/12/25 23:59:19

文章目录

PGA
- 14.1 Introduction简介
- - 14.1.1 Features特性
  - 14.1.2 Block Diagram结构框图
- 14.2 Linear Output Range线性输出范围
- 14.3 Gain Mode放大模式
- 14.4 External Filtering外部滤波
- 14.7 Enabling and Disabling the PGA Clock时钟使能禁止
- 14.10 Analog Front End Integration模拟前端
- - 14.10.1 ADC
  - - 14.10.1.1 Unfiltered Acquisition Window未滤波采样窗口
    - 14.10.1.2 Filtered Acquisition Window滤波采样窗口
  - 14.10.2 CMPSS
  - 14.10.3 Buffered DAC
总结
- 代码配置driverlib
- 代码配置bit-field

PGA

可编程增益放大器（PGA）用于放大输入电压，以增加下游ADC和CMPSS模块的动态范围。

14.1 Introduction简介

集成的PGA有助于降低成本和设计工作量，用于传统上需要外部独立放大器的许多控制应用。片上集成确保PGA与下游ADC和CMPSS模块兼容。软件可选择的增益和滤波器设置使PGA能够适应各种性能需求。

14.1.1 Features特性

PGA模块的可用功能包括：

四种可编程增益模式：3倍，6倍，12倍，24倍
内部由VDDA和VSSA供电
基于硬件的微调以减少偏移和增益误差
支持使用PGA_GND引脚的开尔文接地连接
RC滤波用嵌入式串联电阻器

14.1.2 Block Diagram结构框图

PGA中的有源元件是一个嵌入式运算放大器（op-amp），它被配置为具有内部反馈电阻的非反相放大器。这些内部反馈电阻值被配对以产生软件可选择的电压增益。

器件引脚上有三个PGA信号：

PGA_IN是PGA运算放大器的正输入。施加到该引脚的信号将被PGA放大。
PGA_GND是PGA_IN信号的开尔文接地参考。理想情况下，PGA_GND参考等于VSSA，但是PGA可以容忍来自VSSA的小电压偏移。有关更多信息，请参阅设备数据手册。
PGA_OF支持带RC组件的运算放大器输出滤波。滤波后的信号可用于内部ADC和CMPSS模块的采样和监测。
PGA_OUT是运算放大器输出端的内部信号。它可用于内部ADC和CMPSS模块的采样和监测。

14.2 Linear Output Range线性输出范围

PGA的绝对输出范围受模拟VDDA和VSSA电源的限制——PGA不能产生大于VDDA或小于VSSA的输出电压。

尽管PGA可以在VSSA到VDDA的绝对电压范围内产生满量程输出，但放大器输出仅在绝对范围的子集内是线性的。这个减小的范围被称为线性输出范围。

设备数据手册中的PGA性能规范仅适用于线性输出范围。为了获得最佳性能，输入信号的调节方式应使PGA在正常系统操作期间保持在线性输出范围内。

但每个线性放大区域会随着PGA增益的改变而改变，因而需要查阅芯片手册以获得PGA的最佳性能。

14.3 Gain Mode放大模式

3x、6x、12x和24x的增益模式可使用PGACTL[Gain]寄存器字段进行软件选择。PGA的增益由电阻器ROUT和RGND之间的预设比率确定：
$Gain=1+\frac{R_{out}}{R_{GND}}$
在这里插入图片描述
允许在正常操作期间改变增益模式，但在这样做时可以观察到最小调节时间以进入稳定状态。有关增益开关稳定时间，请参阅设备数据手册。

14.4 External Filtering外部滤波

PGA输出可以通过嵌入式串联电阻器路由到引脚，以对放大信号进行低通滤波。滤波器电阻可使用PGACTL[FILTRRESSEL]寄存器字段进行软件选择。默认选择PGACTL[FILTRESEL]=0将禁用过滤器路径。

可以使用标准低通RC方程来估计截止频率：
${f=\frac{1}{2\pi RC}}$

14.7 Enabling and Disabling the PGA Clock时钟使能禁止

如果在PGA输出电压时禁用PGA的时钟，则输出电压不受影响，但PGA寄存器将不再通过寄存器写入进行更新。启用时钟将恢复寄存器写入。

14.10 Analog Front End Integration模拟前端

PGA与其他嵌入式模拟模块（ADC、CMPSS、缓冲DAC）一起作为模拟前端系统运行。

14.10.1 ADC

在最简单的应用中，PGA放大小的输入信号以增加ADC的动态范围。PGA还提供了缓冲来自ADC采样和保持电容器的输入信号的额外好处，这进一步减少了采样误差。

滤波和未滤波PGA输出路径均可用于ADC采样。采样PGA路径时，建议使用最小ADC采集窗口。

14.10.1.1 Unfiltered Acquisition Window未滤波采样窗口

设备数据手册提供了用一个ADC采样PGA_OUT信号的最小估计ADC采集窗口。该估计值应提供接近ADC的指定性能参数的采样精度。为了获得更好的性能，可以使用更长的采集窗口。

14.10.1.2 Filtered Acquisition Window滤波采样窗口

用一个ADC采样PGA_OF滤波信号的最小ADC采集窗口根据RFILTER和CFILTER的值而变化。为了确保良好的性能，请选择足够大的CFILTER电容器，以满足大多数ADC采样和保持电容器（Ch）充电要求。CFILTER值可以根据ADC采样误差的可接受量（LSBErr）来确定大小：
$C_{FILTER}=C_{h}\times 4096 / LSB_{Err}$

14.10.2 CMPSS

对于高于或低于参考电压的跳闸，可通过CMPSS模块监测PGA输出。每个CMPSS最多可使用两个独立的参考阈值进行跳闸检测。
滤波和未滤波PGA输出路径均可用于CMPSS跳闸监测。

14.10.3 Buffered DAC

作为最佳实践，调节PGA输入信号，使得PGA输出在线性范围内居中。输入信号需要偏移和衰减的某种组合来实现这一目标。在这里插入图片描述
例如，外部电阻分压器可以衰减输入信号，而嵌入式缓冲DAC可以提供正电压偏移

总结

PGA模块可以作为ADC、CMPSS与外部模拟信号之间的桥梁。当外部模拟信号幅值过小，PGA可以将放大后甚至滤波后再经由ADC，CMPSS信号处理。

代码配置driverlib

#define myPGA0_BASE PGA1_BASE

void myPGA0_init()
{
    PGA_setGain(myPGA0_BASE, PGA_GAIN_3);
    PGA_setFilterResistor(myPGA0_BASE, PGA_LOW_PASS_FILTER_RESISTOR_200_OHM);
    PGA_enable(myPGA0_BASE);
    //
    // Delay for PGA to power up.
    //
    DEVICE_DELAY_US(500);
}

代码配置bit-field

void myPGA1_init()
{
    // configure PGA gain mode
    Pga1Regs.PGACTL.bit.GAIN = 0;
    // configure PGA filter resistor
    Pga1Regs.PGACTL.bit.FILTRESSEL = 1;
    // enable PGA module
    Pga1Regs.PGACTL.bit.PGAEN = 1;
    // wait PGA to power up
    DELAY_US(500);
}