過程控制和儀表解決方案于二十世紀七十年代至八十年代興起的電子革命中脫穎而出。在探尋解決方案的過程中，現在為人們所熟知的儀表放大器應運而生。利用數個電阻和運放，即可設計出三運放和隨后出現的雙運放電路結構。這類解決方案后來發展成為集成電路芯片方案。盡管表面看來變化不大，但實際并非如此。不斷創新中的數字革命正在進入傳統的模擬領域。

儀表放大器適合用來獲取差分輸入信號并抑制共模噪聲，但在將多傳感器輸入信號整合到系統中時則顯得束手無策。比如，壓力傳感器或載荷單元需要儀表放大器將差分輸出信號變為單個電壓。但這類系統往往需要用溫度數據進行校準。這就需要另一條單獨的信號路徑來獲取該溫度值。

使用單端輸入/輸出可編程增益放大器(Programmable Gain Amplifier，PGA)可以取代兩條單獨信號路徑的方法。有了PGA，信號值的相減、共模噪聲抑制以及差分輸入信號的過濾均可在單片機內部完成。PGA還支持多輸入通道的應用，通過SPITM端口可進行多輸入通道的配置。眾多傳感器均可配置為PGA輸入。圖1給出了一個例子。

圖1中所示的這類阻性傳感器橋主要用于壓力、溫度或載荷的傳感。只需使用一個外部A/D轉換器和PGA，就可輕松將來自這些阻性傳感器橋的差分電壓轉換成可處理的數字值。Microchip的PGA結構框圖如圖2所示。器件的輸入端有一個復用器，供用戶將多個輸入接入器件。復用器直接與寬帶寬放大器的非反相輸入端相連。放大器的可編程閉環增益通過片上的梯形電阻實現，其可編程增益值有八種選擇，分別為1、2、4、5、8、10、16和32倍。復用器和PGA與A/D串聯電路的高速轉換響應相結合，使差分輸入信號迅速被采樣和轉換成12位數字表征值。PIC單片機將來自通道CH0和CH1的兩個信號值相減。在兩個信號相減計算傳感器響應的同時，還消除頻率較低的共模噪聲。

在獨立系統中，雖然沒有PGA也可以容易地進行溫度測量，但在多路信號復用的環境下實現溫度傳感功能可以減少很多不必要的麻煩。取消了第二條進入單片機的信號路徑且同時保持傳感系統的準確性是主要優點之一。帶復用功能的PGA有MCP6S22(雙通道)、MCP6S26(六通道)和MCP6S28(八通道)。溫度測量應用中最常見的傳感器有熱敏電阻、溫度傳感芯片、RTD以及熱電偶。Microchip的PGA最適合與熱敏電阻或溫度傳感芯片連接。光敏器件可實現光與電的轉換。這種PGA不太適用于精密應用(如CT掃描儀)，但在位置感光應用中可有效地發揮作用。復用器和PGA與A/D串聯電路的高速轉換響應相結合，使光敏器件輸入信號被采樣并轉換成模擬值，而后迅速轉換成數字值。這種感光電路的適用范圍是信號響應頻率介于直流和100kHz的應用。

MCP6S2X系列PGA采用精密的寬帶寬內部放大器。這些精密器件不僅提供了絕佳的失調電壓性能，而且傳感電路設計簡單，使設計者不必面臨獨立放大器電路的穩定性問題。可編程增益放大器的穩定電路內置于器件中。

欲了解更多信息，請訪問www.microchip.com查閱下列參考資料，并參考以下資料：
    1. AN248“Interfacing MCP6S2X PGAs to PICmicro? Microcontroller”, Ezana Haile, Microchip Technology Inc.
    2. AN251“Bridge Sensing with the MCP6S2X PGAs”, Bonnie C. Baker, Microchip Technology Inc.
    3. AN865“Sensing Light with a Programmable Gain Amplifier”, Bonnie C. Baker, Microchip Technology Inc.
    4. AN867“Temperature Sensing with a Programmable Gain Amplifier”, Bonnie C. Baker, Microchip Technology Inc.

作者介紹
Bonnie C. Baker, Microchip Technology Inc.混合信號/模擬應用部經理