SWM211系列有4個放大器,放大器正極(OPAVPx)、負極(OPAVNx)和輸出端(OPAOUTx)為開環放大器的3個端口。根據OPA的基本概念,可以搭建確定放大倍數的外電路。在此舉例最簡單的同相放大電路:
同相放大器的信號輸入接入到同相端,而反相端對地接電阻,輸出端通過一個電阻接到反相端形成負反饋,利用虛短特性,反相端電壓等于同相端電壓等于Vin;而運放的虛斷特性,流進反相端的電流看作是0,則電流流向是經過R2和R1到地,根據節點電流定律:
放大倍數
注: 一般R1取1K,通過改變R2的值改變放大倍數
SWM211的放大器支持偏置電流(5uA或10uA)、驅動能力(x1或x2)、PGA等。
可通過 OPACR 寄存器 OPAxIB 位配置 OPA 偏置電流為 5uA 或 10uA;配置 OPAxDV 位配置驅動能力為 1 倍或2倍;通過 配置 OPACR 寄存器 OPAXMD 位選擇 OPA 對應的工作模式。
放大器配置
/****/ 配置需使用的放大器管腳使其切換為模擬信號模式
/ **/ **配置 OPACR 寄存器,配置放大器參數
/ **/ **配置 OPAx 使能寄存器(OPACR.OPAxON),使能 OPA
**ADC 復用 **
當放大器的功能引腳與 ADC 的功能引腳位于同一個物理引腳上時,放大器 OPAx 的 OUTx 引腳可 直接復用對應的 ADC_CHx 引腳,只需將對應引腳的功能復用通過 PORT 模塊中 PORTx_FUNCx 對 應配置改為 ADC_CHx 即可通過 ADC 采集 OUT 腳上的電壓,但此時 OUT 引腳不能作為其他功能 使用,只有內部關閉 OPA0 運放(或一開始就不啟用),才可以配置為正常的 IO 口和數字功能, 或者除采集 OPxOUT 電壓以外的 ADC0CH3 采樣。
211的4個放大器除了能配置成普通的放大器外,OPA1~3還能配置成PGA模式。在PGA模式下,可通過內部連接,為PGA模式下的OPA1/OPA2/OPA3提供2.5V電壓偏置。
在PGA模式下,OPA1/OPA2/OPA3是一個通過選擇內置反饋電阻(10k、15k、20k)選擇增益倍數的可編程增益放大器(可配置PAGCR寄存器),可以省略外部的反饋電阻,通過對應ADC通道直接采集相應的OPA_OUT輸出,但此時OUT引腳也不能作為其他功能使用。
OPA1/OPA2/OPA3其內部結構圖如所示
如所示為OPA1/OPA2/OPA3 PGA模式內部結構圖,圖中R1和R2同時由PGACR寄存器中OPAxGN位控制,R1和R2的阻值可同時設置為10K/15K/20K;R3為濾波電阻,其阻值可通過OPACR寄存器OPAxSW位設置,可設置為1K/10K。
此模塊中VREF為片內偏置電壓,由電壓值為2.5V(±10%)。
PGA應用模式如圖所示
此模式下外部電路中PGA負端經2K電阻R4接GND,正端經2K電阻R5接輸入電壓Vi。
在程序中配置為PGA增益反饋電阻R1選擇10k(R2選擇與R1同步),開啟內部參考電壓VREF,且設為2.5V,則PGA輸出電壓計算過程如下:
(Vo-Vn)/10K = (Vn-0)/2K
故:Vo = 6Vn = 6Vp
(2.5V-Vp)/10K = (Vp-Vi)/2K
2.5V = 6Vp - 5Vi
6Vp = 2.5V + 5Vi
故:Vo = 6Vp = 2.5V + 5Vi
ADC通道直接采集相應的OPA_OUT輸出時,PGA電路將作為ADC的前級電路,對輸入到ADC的信號進行放大,增大動態范圍,大大提高了測量的精度。簡單來說,PGA可以將一個輸入的小信號進行一定程度的放大,讓我們能更加清楚的看到這個信號。
舉個例子:05V的模擬輸入經過SWM211的AD轉換后輸出的范圍在04096,則數字信號的步長則為0.00122V,如果要輸入一個0.01V附近波動的模擬信號,經AD轉換后輸出的數字信號則為0,這顯然不能精準的檢測到我們的輸入信號。
但如果我們引入了PGA模塊,對我們的輸入信號進行放大,比如放大20倍,那我們的輸入信號就會變成一個在0.2V左右跳變的信號,在經過AD轉換后,數字信號將在163左右進行變動,我們就可以很清楚的看到輸入信號的波形。
但是PGA信號在放大了信號的同時,也限制了信號的輸入范圍,對信號放大了多少倍,我們的輸入范圍同樣也意味著縮小了多少倍。輸入信號超過這個范圍,將超出我們檢測的量程。
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