可編程增益放大器含全平衡差動(dòng)放大器模塊、譯碼器模塊和電阻開(kāi)關(guān)陣列模塊，全平衡差動(dòng)放大器模塊中的負(fù)反饋電阻分壓器的電阻比確定該放大器的最大增益，通過(guò)譯碼器模塊的譯碼結(jié)果控制電阻開(kāi)關(guān)陣列模塊衰減輸入信號(hào)的衰減量，最終實(shí)現(xiàn)該放大器的增益的可編程。

　　電阻開(kāi)關(guān)陣列模塊是兩個(gè)對(duì)稱的含模擬開(kāi)關(guān)的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)，它們的輸入電阻恒定，確保對(duì)前級(jí)形成恒定的負(fù)載效應(yīng)。

　　可編程增益放大器具有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；帶寬穩(wěn)定；和輸入電阻恒定，對(duì)前級(jí)形成恒定的負(fù)載效應(yīng)，在該放大器與前級(jí)之間不需增加緩沖電路來(lái)隔離。

　　可編程增益放大電路可對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)換、濾波，并能把器件中的多個(gè)功能模塊互聯(lián)，對(duì)電路進(jìn)行重構(gòu)，還可調(diào)整電路的增益、帶寬和閾值。

　　以AD7523構(gòu)成的可編程增益放大為例，如圖所示是采用A／D轉(zhuǎn)換器AD7523構(gòu)成的可編程增益放大器。電路由8位數(shù)據(jù)來(lái)控制增益，使增益在1～256范圍內(nèi)變化，由于從D7(最高位)開(kāi)始依次只有1位電平為高，所以能以6dB為步長(zhǎng)，從6dB變到42dB。AD7523片內(nèi)有模擬開(kāi)關(guān)和R-2R梯形網(wǎng)絡(luò)，額定阻值為5～20kΩ，中心值為10kΩ。若從RFB端直接輸入信號(hào)，側(cè)輸入電阻很低，所以在前面接入緩沖放大器Al，起到倒相的作用。若從Al的同相端輸入，則可得到同相信號(hào)。對(duì)于可變?cè)鲆娣糯笃鳎粼鲆娓?，則失調(diào)電壓大，因此需要對(duì)運(yùn)放進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)零，尤其要注意Al的輸出。在RFB端串聯(lián)電位器RP2進(jìn)行增益的校準(zhǔn)。運(yùn)放A2由于負(fù)反饋可變，設(shè)定增益越大，閉環(huán)頻率響應(yīng)越壞。需要選用增益可變范圍窄或開(kāi)環(huán)頻率特性好的運(yùn)放。對(duì)于小功率或精密運(yùn)放，因?yàn)闋奚私涣魈匦?，所以?dāng)輸入幾千赫茲以上的信號(hào)時(shí)應(yīng)予以注意。

　　以基于VCA822的可編程增益放大器為例，其設(shè)計(jì)及工作原理如下：
　　設(shè)計(jì)一個(gè)通過(guò)鍵盤設(shè)置增益，且具有AGC功能的寬帶放大器。放大器輸入端采用同相放大電路進(jìn)行阻抗匹配，使輸入電阻達(dá)到MΩ數(shù)量級(jí)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為寬帶放大、峰值采樣、人機(jī)交互等3個(gè)模塊。

　　寬帶放大模塊中電壓增益可預(yù)置的功能是由VCA822實(shí)現(xiàn)。VCA822一款直流耦合型寬頻帶壓控增益放大器，最大工作頻帶寬度可達(dá)150 MHz。放大器增益由控制電壓和外圍電阻阻值共同決定?？刂齐妷旱妮敵鍪怯蓡纹瑱C(jī)運(yùn)算并控制D／A轉(zhuǎn)換器而輸出的，因而能夠?qū)崿F(xiàn)較精確的數(shù)控。另外，放大器后級(jí)接入兩檔信號(hào)處理電路，一檔增益0 dB，另一檔為衰減檔，通過(guò)一個(gè)控制端口，實(shí)現(xiàn)信號(hào)在這兩檔位之間選擇。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于條理清晰，控制方便，易于單片機(jī)處理。

　　針對(duì)峰值采樣，采用數(shù)字檢波，即通過(guò)高速A／D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸出的正弦信號(hào)進(jìn)行采樣，判斷一定時(shí)間內(nèi)采集到的數(shù)字信號(hào)的最大值，該最大值即為該信號(hào)的峰值。而這種通用數(shù)字峰值檢波電路僅能在低頻段效果良好，針對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求中的高頻信號(hào)，以及某些特定頻率信號(hào)，將產(chǎn)生一定誤差。采用雙頻數(shù)字峰檢對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，這種方案可有效避免產(chǎn)生誤差。

　　在上述兩模塊的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)AGC的功能。峰值檢波測(cè)得的電壓值反饋回單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)寬帶放大電路實(shí)現(xiàn)放大精確控制。通過(guò)這種方式可將輸出信號(hào)的峰值穩(wěn)定在4．8 V左右。該系統(tǒng)總體實(shí)現(xiàn)框圖如下圖所示。

　　可編程增益放大器的性能參數(shù)可以根據(jù)D/A轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)參數(shù)換算得到，根據(jù)MAX502的性能指標(biāo)其性能參數(shù)如下：

　　輸入失調(diào)電壓：＜±1mV （未調(diào)整）

　　輸入失調(diào)溫漂：±5μV/℃

　　增益誤差：＜0.07%（未調(diào)整）

　　增益溫度系數(shù)：＜±1ppm/℃

　　單位增益帶寬：3MHz

　　壓擺率：5V/μs

　　輸出擺幅：±10V（2kΩ負(fù)載）

　　輸出電阻：0.2Ω

　　輸出噪聲電壓：25nV/ Hz

　　總諧波失真（THD）：-90dB

　　具有8級(jí)增益的SPI總線可編程增益放大器是Microchip Technology（美國(guó)微芯科技公司）發(fā)布的一款可編程增益放大器系列產(chǎn)品，它是可編程增益放大器的一個(gè)發(fā)展。

　　它是通過(guò)對(duì)放大器進(jìn)行數(shù)字控制，系統(tǒng)設(shè)計(jì)不再是固定不變的，而是可以在運(yùn)行過(guò)程中隨時(shí)改變，從而減少了對(duì)外部元件的需求。"

　　新器件主要應(yīng)用于工業(yè)、儀器儀表、信號(hào)處理和傳感處理等領(lǐng)域。

　　新器件可提供1通道和2通道輸入，有8個(gè)增益等級(jí)，能在較低的工作電流下實(shí)現(xiàn)1MHz至18 MHz的增益帶寬，降低了電源要求。新器件的工作電壓為2.5伏至5.5伏，工作溫度從-40oC到+125oC。此外，新器件可以保持較低的噪音（10 nV/rtHz），以及較低的偏移電壓（150uV），總諧波失真加上噪聲（THD+N）僅為0.0011％，設(shè)定時(shí)間為200ns，能夠穩(wěn)定運(yùn)行于1、2、4、5、8、10、16和32V/V的增益系統(tǒng)。