LTC6910系列數(shù)字控制可編程增益放大器原理與應用

出處：chunyang 發(fā)布于：2006-03-30 14:51:14

摘要：LTC6910-1、LTC6910-2和LTC6910-3是占用PCB空間非常小的低噪聲數(shù)字控制可編程增益放大器。它們可通過3位數(shù)字輸入來提供8種電壓增益以供選擇。文中簡要介紹LTC6910的主要特性、內(nèi)部結(jié)構、引腳功能和工作原理，給出LTC6910的實際應用電路。

關鍵詞：LTC6910-1/2/3 3位數(shù)字增益控制 PGA 滿擺幅輸入/輸出

1 概述

凌特公司（LTC）生產(chǎn)的LTC6910系列數(shù)字控制可編程增益放大器（PGA）單片IC是專門為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、動態(tài)增益變化、自動測距電路和自動增益控制等方面應用而設計的。

LTC6910系列PGA共有3個型號，即LTC6910-1、LTC6910-2和LTC6910-3。這些電路的共同特性如下：

·采用3位數(shù)字控制和8引腳SOT-23封裝；

·電源電壓范圍為2.7V～10.5V，電源電流為3mA（典型值）；

·滿擺幅輸入/輸出（I/O），即輸入和輸出信號幅度幾乎等于電源（干線）電壓值，也就是人們常講的“軌對軌”。

3種PGA的8種電壓增益（V/V）、輸入噪聲、增益帶寬乘積（GBW）和系統(tǒng)動態(tài)范圍并不完全相同，具體如表1所列。

表1 LTC6910-1/2/3參數(shù)比較

型號	增益范圍（V/V）	輸入電壓噪聲（nV/根號H2）	系統(tǒng)動態(tài)范圍（dB）	GBW
LTC6910-1	0，1，2，5，10，20，50，100	9	119	11
LTC6910-2	0，1，2，4，8，16，32，64	9	120	13
LTC6910-3	0，1，2，3，4，5，6，7	10.6	117	11

表2 LTC6910-1的增益設置與相關特性

控制輸入代碼			電壓增益		線性輸入范圍（Vp-p）			輸入阻抗（kΩ）
G2	G1	G0	V/V	（dB）	5V雙電源	5V單電源	3V單電源	輸入阻抗（kΩ）
0	0	0	0	-120	10	5	3	開路
0	0	1	1	0	10	5	3	10
0	1	0	2	6	5	2.5	1.5	5
0	1	1	5	14	2	1	0.6	2
1	0	0	10	20	1	0.5	0.3	1
1	0	0	20	26	0.5	0.25	0.15	1
1	1	0	50	34	0.2	0.1	0.06	1
1	1	1	100	40	0.1	0.05	0.03	1

下面僅以LTC6910-1為例，介紹其引腳功能、工作原理及應用電路。

2 內(nèi)部結(jié)構及引腳功能

LTC6910-1引腳排列如圖1所示，圖2為其內(nèi)部電路組成框圖。LTC6910-1的引腳功能如下：

OUT（腳1）：模擬輸出，這是內(nèi)部運算放大器的輸出端，其輸出擺幅接近電源（干線）電壓（V+和V-）。運算放大器在任何時刻，包括零增益設置（數(shù)字輸入000）在內(nèi)，都是有源的。該腳輸出電流為10mA，可驅(qū)動高達50pF容性負載。

AGND（腳2）：模擬地，位于內(nèi)部電阻分壓器的中間點，同時又是內(nèi)部運算放大器的非反相輸入端。

IN（腳3）：模擬輸入。輸入到放大器的信號是IN腳與AGND腳之間的電壓差。該腳在內(nèi)部連接到數(shù)字控制電阻，在單位增益（數(shù)字輸入001）上，其輸入電壓大約是10kΩ，輸入電壓范圍為V+到V-。增益設置超過1（數(shù)字輸入010或更高）時，輸入電阻器阻值下降。電壓增益為10或更高（數(shù)字輸入100或更大）時，輸入電阻將降至1kΩ左右。在“0”增益狀態(tài)（數(shù)字輸入000），IN腳的模擬開關斷開，此時該腳會呈現(xiàn)非常高的輸入阻抗。

V-（腳4）、V+（腳8）：電源，使用時，應接0.1μF的電容器進行旁路。

G0、G1和G2（腳5、6和7）：CMOS電平數(shù)字增益控制輸入，其中G2是有效位（MSB）。這三個腳可用來組合控制從IN腳到OUT腳的電壓增益。對LTC6910-1，其電壓增益有8個值（即0、1、2、5、10、20、50和100）可供選擇，分別對應于數(shù)字輸入000～111。

3 工作原理

LTC6910-1是一種電壓增益數(shù)字可編程的小外形寬帶反相DC放大器。該PGA通過在G（G2、G1和G0）腳上的3位數(shù)字輸入來控制8種電壓增益選擇（0、1、2、5、10、20、50和100）。當3位二進制數(shù)字增加時，電壓增益也相應增加，通過MOS模擬開關切換閉環(huán)運算放大器的輸入電阻器陣列和反饋電阻器陣列中的電阻來實現(xiàn)增益控制。放大器帶寬取決于增益設置。在±5V電源電壓下，當電壓增益選擇1、2和5時，其-3dB頻率分別為7、5和2.5MHz。而當增益設置為從10到100（數(shù)字輸入從100到111）時，其增益帶寬截止頻率均為11MHz。表2列出了LTC6910-1的增益設置及相關特性。

4 典型應用

4．1 ADC動態(tài)范圍擴展電路

圖3是用LTC6910-1擴展ADC動態(tài)范圍的數(shù)字采集系統(tǒng)中的部分電路。該電路將LTC6910-1可編程放大器與8引腳LTC1864模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）相結(jié)合。該ADC具有16位的分辨率和250ks/s的采樣率。當LTC6910-1利用5V（與LTC1864相同）單電源工作時，可將ADC的輸入范圍擴展40dB。當LTC6910-1采用10V/V增益，且LTC1864的采樣率為250ks/s時，其滿標度60%的一個１０kHz的輸入信號可在ADC的數(shù)字輸出上呈現(xiàn)-87dB的THD。而在相同條件下，100kHz的輸入信號將產(chǎn)生-75dB左右的THD值。

4．2 低噪聲AC放大電路

可以利用帶寬（BW）限制和增益調(diào)節(jié)抑制模擬數(shù)據(jù)采集中不希望的信號或噪聲。圖4是帶可編程增益和帶寬限制的低噪聲AC放大器的實際電路。該放大電路的增益和帶寬可編程。其中一個LTC6910-1用于控制增益，另一個LTC6910-1用于控制帶寬。LT1884型雙運算放大器用于形成低通環(huán)路。

當BW輸入上的數(shù)字代碼為001、100和111時，相應的帶寬設置分別為10Hz、100Hz和1kHz。通過調(diào)節(jié)電容C2，該電路也可提供其他的頻率范圍。LTC1884的增益帶寬乘積約為1MHz，在使用0.1μF的電容時，頻率為10kHz。當電路輸入為10mVp-p、增益為100、帶寬為100Hz時，輸出信噪比為76dB。

4．3 AC耦合放大電路

在LTC6910-1的腳3串聯(lián)輸入電容（C1）便可組成AC耦合放大器，圖5所示是其具體電路及其頻率響應曲線。圖中，C1用于設置低頻拐角頻率，AGND（腳2）用來設置DC輸出電壓。

關鍵詞：LTC6910系列數(shù)字控制可編程增益放大器原理與應用LT1884SOT-23LTC1864LTC6910-2LTC6910-3LTC6910-1

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