晶华微SD81F134芯片的内置PGA模块的使用方法及程序配置流程

01 前言

本章节介绍SD81F134芯片的内置PGA模块的使用方法及程序配置流程。

02 PGA模块介绍

SD81F134芯片内置一路PGA，支持失调电压软件修调、带采样保持电路（与ADC配合使用）、增益1/2/4/8/16/32/64/128倍可配置、支持单端/伪差分输入。实现框图如下：

图2.1 PGA整体架构示意图

03 PGA工作模式描述

放大模式：

当PGA_EN=1，PGA_ADJ_EN=0时PGA工作在正常放大模式，通过寄存器PGA_IN_SEL<1:0>来配置输入端口及放大模式：

00：同向比例放大模式，差分输入，PGAP接输入信号，PGAGND外部接地，Gain参考PGA_GAIN<2:0>

01：同向比例放大模式，单端输入，PGAP接输入信号，比例电阻内部接地，Gain参考PGA_GAIN<2:0>

10：反向比例放大模式，差分输入，PGAGND接输入信号，PGAP外部接共模电压，Gain参考PGA_GAIN<2:0>

11：反向比例放大模式，单端输入，PGAGND接输入信号，正端内部接1.25V偏置电压，Gain参考PGA_GAIN<2:0>

需要注意，PGA为单端电源模式，因此不能输出负电压，当使用同向比例放大模式时，输入AC信号时需要带偏置电压，需要注意PGA的输入共模工作范围。当使用反向放大模式时若输入为AC信号时需要注意添加隔直电容，输入DC信号是正常输入即可。

PGA通过PGA_GAIN<2:0>选择增益：

同向比例放大模式

反向比例放大模式

000：Gain=1

000：禁止

001：Gain=2

001：Gain=-1

010：Gain=4

010：Gain=-3

011：Gain=8

011：Gain=-7

100：Gain=16

100：Gain=-15

101：Gain=32

101：Gain=-31

110：Gain=64

110：Gain=-63

111：Gain=128

111：Gain=-127

注意：芯片实际增益受到封装及外通路阻抗影响，使用时PGAGND通路上输入阻抗需控制在150ohms以下，否则会影响增益精度，达不到标称值。

04 PGA软件失调电压修调模式描述

PGA支持软件电压修调，此时PGA_ADJ_EN=1，PGA工作在修调模式，此时迟滞比较器使能。修调模式下输入端会短接到一起，输出到PAD的通路关闭，即PGA_OUT_EN=0，此时PGA_IN_SEL<1:0>配置无效，通过将配置PGA_ADJ_MODE<1:0>来工作在不同的修调模式：

00：PGA运算放大器正负输入短接，负端内部短接到VSS，外部通路PGAP及PGAGND断开

01：PGA运算放大器正负输入短接，通过外部通路PGAP给不同共模点，外部通路PGAGND断开

10：PGA运算放大器正负输入短接，通过外部通路PGAGND给不同共模点，外部通路PGAP断开

11：PGA运算放大器正负输入短接，内部正端通过VBG1P25V提供共模点，外部通路PGAP及PGAGND断开

此时PGA处于开环工作模式，当存在输入失调电压时PGA_DOUT会固定输出0或1，此时调节PGA_ADJ<5:0>寄存器，当PGA_DOUT输出翻转时代表输入失调小于修调的最小精度，此时PGA_ADJ<5:0>的值即为PGA失调软件修调值，此时PGA输入失调最小。

系统通过PGA_ADJ_SEL来选择校准位，默认使用CONFIG相关位决定，当使用软件修调的值时需要配置PGA_ADJ_SEL=1。

05 编程介绍

示例程序是通过配置PGA不同输入模式和放大增益，观测PGA输出。包含了PGA输入选择配置、PGA增益选择配置、输入输出IO口配置等。

编程主体思路：先对芯片进行系统初始化，对PGA进行软件修调校准，再对PGA输入模式、PGA增益、输入输出IO口进行配置。

06 函数分析

PGA函数的整体框架，如图6.1、6.2：

图6.1 PGA函数调用库函数

如图6.1所示，PGA输入对应四个模式可选，PGA增益同向可选1~128、反向可选-1~-127。

图6.2 PGA修调函数

如图6.2所示，首先配置PGA失调校准模式和输入输出IO口，再使用二分法查找最优校准值，最后返回最优修调值供后续使用。

07 总结

本文介绍了SD81F134 PGA模块的原理和使用方法，其他功能将会在后续章节逐一分享。