具有负时间常数的DPGA条件信号

具有负时间常数的dpga条件信号
数字可编程增益放大器(dpga)放大或减弱模拟信号,可最大限度地扩大模数转换器(adc)的动态范围。大多数单片dpga都在运算放大器的反馈环路中使用了多路复用乘法数模转换器(dac),如maxim ltc6910和national semiconductor lpm8100,以便dac的输入代码可以设置放大器的闭环增益。不使用单片dpga,而是使用两个运算放大器和三个模拟开关来构建基于负时间常数的dpga。
无疑,工程师对e–t/rc 收敛指数非常熟悉,其中rc电路内的电容器以渐进方式放电到零。对于输入vin,在t = t = loge(2)rc时v = vin/2,在t = 2t时v = vin /4,在t =3t时v = vin /8,依此类推。
当用一个合成负电阻的有源电路代替r时,工程师可能不太熟悉同一rc拓扑结构的特性,不过同样简单。当用–r代替电阻r时,可以创建一个正rc时间常数。这样就创建了一个发散指数vine+t/rc。
该波形并非收敛为零,而是在理论上发散为无穷大,当t=t时v=2vin,当t=2t时v=4vin,当t=3t时v=8vin,依此类推。因此,在启动“负放电”之后只须等待适当的时间(t = log2(v/vin),就可放大vin。发散指数和负时间常数是图2中的电路的核心概念。
可用由微控制器或其他电路生成的脉冲宽度调制(pwm)信号对放大器增益进行编程。当pwm信号到达逻辑0时,采样保持电容器c1充电至vin。当pwm信号循环到逻辑1时,运算放大器a1驱动r1c1正反馈环路,创建一个负时间常数。
只要pwm信号保持在逻辑1,导致c1充电的发散指数的上升就会继续。这将创建为vout(t) = vin2(t/10?s + .5) 的净电压增益。因此,增益= 2(t/10?s + .5),log(增益) = 3 + 0.6 db/?s。在放大周期结束时,pwm返回到逻辑0,放大器a2捕捉并保持放大的vin。
增益和时序之间的对数关系可提供卓越的增益分辨率,即使是在pwm信号只有8位分辨率,而且其可编程增益在宽范围情况下,也优于0.2 db/lsb_step。
指数信号的时序精度和可重复性、adc采样、抖动,以及rc时间常数稳定性都会限制放大器的增益编程精度。在图2中,1 ns时序误差或抖动都会导致0.007%的增益编程误差。幸运的是,微控制器和数据采集系统中几乎普遍包括可编程的定时器/计数器硬件,这通常便于以数字方式生成可重复的pwm控制信号。

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