淺析SWM211的OPA配置和應(yīng)用電路

SWM211系列有4個(gè)放大器，放大器正極（OPAVPx）、負(fù)極（OPAVNx）和輸出端（OPAOUTx）為開環(huán)放大器的3個(gè)端口。根據(jù)OPA的基本概念，可以搭建確定放大倍數(shù)的外電路。在此舉例最簡(jiǎn)單的同相放大電路：

同相放大器的信號(hào)輸入接入到同相端，而反相端對(duì)地接電阻，輸出端通過(guò)一個(gè)電阻接到反相端形成負(fù)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(yùn)放的虛斷特性，流進(jìn)反相端的電流看作是0，則電流流向是經(jīng)過(guò)R2和R1到地，根據(jù)節(jié)點(diǎn)電流定律：

放大倍數(shù)

注： 一般R1取1K，通過(guò)改變R2的值改變放大倍數(shù)

SWM211的放大器支持偏置電流（5uA或10uA）、驅(qū)動(dòng)能力（x1或x2）、PGA等。

可通過(guò) OPACR 寄存器 OPAxIB 位配置 OPA 偏置電流為 5uA 或 10uA；配置 OPAxDV 位配置驅(qū)動(dòng)能力為 1 倍或2倍；通過(guò) 配置 OPACR 寄存器 OPAXMD 位選擇 OPA 對(duì)應(yīng)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(hào)模式

/ **/ **配置 OPACR 寄存器，配置放大器參數(shù)

/ **/ **配置 OPAx 使能寄存器（OPACR.OPAxON），使能 OPA

**ADC 復(fù)用 **

當(dāng)放大器的功能引腳與 ADC 的功能引腳位于同一個(gè)物理引腳上時(shí)，放大器 OPAx 的 OUTx 引腳可 直接復(fù)用對(duì)應(yīng)的 ADC_CHx 引腳，只需將對(duì)應(yīng)引腳的功能復(fù)用通過(guò) PORT 模塊中 PORTx_FUNCx 對(duì) 應(yīng)配置改為 ADC_CHx 即可通過(guò) ADC 采集 OUT 腳上的電壓，但此時(shí) OUT 引腳不能作為其他功能 使用，只有內(nèi)部關(guān)閉 OPA0 運(yùn)放（或一開始就不啟用），才可以配置為正常的 IO 口和數(shù)字功能， 或者除采集 OPxOUT 電壓以外的 ADC0CH3 采樣。

211的4個(gè)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(guò)內(nèi)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(gè)通過(guò)選擇內(nèi)置反饋電阻（10k、15k、20k）選擇增益倍數(shù)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(guò)對(duì)應(yīng)ADC通道直接采集相應(yīng)的OPA_OUT輸出，但此時(shí)OUT引腳也不能作為其他功能使用。

OPA1/OPA2/OPA3其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如所示

如所示為OPA1/OPA2/OPA3 PGA模式內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，圖中R1和R2同時(shí)由PGACR寄存器中OPAxGN位控制，R1和R2的阻值可同時(shí)設(shè)置為10K/15K/20K；R3為濾波電阻，其阻值可通過(guò)OPACR寄存器OPAxSW位設(shè)置，可設(shè)置為1K/10K。

此模塊中VREF為片內(nèi)偏置電壓，由電壓值為2.5V（±10%）。

PGA應(yīng)用模式如圖所示

此模式下外部電路中PGA負(fù)端經(jīng)2K電阻R4接GND，正端經(jīng)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(nèi)部參考電壓VREF，且設(shè)為2.5V，則PGA輸出電壓計(jì)算過(guò)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(yīng)的OPA_OUT輸出時(shí)，PGA電路將作為ADC的前級(jí)電路，對(duì)輸入到ADC的信號(hào)進(jìn)行放大，增大動(dòng)態(tài)范圍，大大提高了測(cè)量的精度。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，PGA可以將一個(gè)輸入的小信號(hào)進(jìn)行一定程度的放大，讓我們能更加清楚的看到這個(gè)信號(hào)。

舉個(gè)例子：05V的模擬輸入經(jīng)過(guò)SWM211的AD轉(zhuǎn)換后輸出的范圍在04096，則數(shù)字信號(hào)的步長(zhǎng)則為0.00122V，如果要輸入一個(gè)0.01V附近波動(dòng)的模擬信號(hào)，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后輸出的數(shù)字信號(hào)則為0，這顯然不能精準(zhǔn)的檢測(cè)到我們的輸入信號(hào)。

但如果我們引入了PGA模塊，對(duì)我們的輸入信號(hào)進(jìn)行放大，比如放大20倍，那我們的輸入信號(hào)就會(huì)變成一個(gè)在0.2V左右跳變的信號(hào)，在經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換后，數(shù)字信號(hào)將在163左右進(jìn)行變動(dòng)，我們就可以很清楚的看到輸入信號(hào)的波形。

但是PGA信號(hào)在放大了信號(hào)的同時(shí)，也限制了信號(hào)的輸入范圍，對(duì)信號(hào)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(hào)超過(guò)這個(gè)范圍，將超出我們檢測(cè)的量程。