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來(lái)源：AVNET 在日益繁榮的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，無(wú)數的設備相互連接，實(shí)現了前所未有的自動(dòng)化和數據交換。然而，正是在這個(gè)互聯(lián)的巨大網(wǎng)絡(luò )中，傳感器，作為前端的數據采集者，遇到了嚴峻的考驗。微弱的信號、復雜的環(huán)境干擾、以及不同應用場(chǎng)景對性能的多樣化要求，都使得傳統的傳感技術(shù)難以滿(mǎn)足現代物聯(lián)網(wǎng)的需求。同時(shí)，嵌入式系統（如MCU）作為驅動(dòng)眾多設備的核心，也在尺寸、成本和功耗方面面臨著(zhù)嚴格的標準。 正當此時(shí)，一項新的技術(shù)——可編程技術(shù)成為智能傳感和嵌入式系統的有力后盾。通過(guò)這種技術(shù)的靈活編程特性，我們不僅可以增強并調整傳感器的信號處理，還可以確保在多種環(huán)境下設備都能穩定而高效地運作，并幫助嵌入式系統實(shí)現功能、功耗和成本的良好的平衡。 傳感器的“音量旋鈕”：揭秘可編程增益放大器的魔法 在我們日常生活和工業(yè)領(lǐng)域中，傳感器扮演著(zhù)至關(guān)重要的角色，它們像忠實(shí)的守衛一樣監測著(zhù)環(huán)境變化、機械運動(dòng)乃至生物信號。但是，這些傳感器產(chǎn)生的信號往往微弱且容易受到干擾，這就是為什么我們需要一種特殊的“電子魔法”——可編程增益放大器（PGA）和可編程增益儀表放大器（PGIA），它們可以增強這些信號并保護它們免受干擾。 如果把傳感器比作為一臺能夠自由調整音量的收音機，那么，PGA和PGIA就像是那個(gè)音量旋鈕，可以放大（或減�。﹤鞲衅鞯男盘�，以便我們的設備（如醫療設備、智能手機或汽車(chē)傳感器）更好地理解這些信號。這種放大器最大的價(jià)值就是，可以編程控制增益，這意味著(zhù)它們可以自動(dòng)調整以適應不同情況的需求。 為什么它們如此特別？ 精確度：通過(guò)使用PGA或PGIA，我們可以精確控制信號的放大程度，這對于需要高精度的應用（如醫療診斷或精密測量）至關(guān)重要。 靈活性：因為它們是可編程的，所以可以輕松調整來(lái)適應不同的需求和條件，無(wú)需更換硬件或進(jìn)行復雜的手動(dòng)調整。 集成度：這些放大器通常集成在單個(gè)芯片上，節省了寶貴的空間，同時(shí)還提高了性能和可靠性。 調音大師：如何優(yōu)化PGA/PGIA的性能 當然，設計師在選擇或使用PGA/PGIA時(shí)需要考慮幾個(gè)關(guān)鍵因素：一、響應時(shí)間：這是放大器更改其增益設置后，信號需要“安定”的時(shí)間，對于快速變化的信號或高速掃描的系統，這一點(diǎn)尤其重要。二、精確度和穩定性：這些放大器的設計必須確保在整個(gè)工作溫度范圍內都能提供準確且穩定的性能。三、干擾和誤差：設計師需要注意任何可能影響性能的附加因素，如電路中的微小電容和電阻。 至于這些問(wèn)題，Microchip MCP6G01 SGA或瑞薩的ISL28533等集成的單片放大器解決方案，可以極大程度上緩解這些設計挑戰，同時(shí)通過(guò)確保組件公差和溫度依賴(lài)性的緊密匹配來(lái)提高性能。它們還通過(guò)增益選擇邏輯簡(jiǎn)化了主機系統的控制，并減少了材料清單和PCB空間，這對設計和布局挑戰提供了簡(jiǎn)化。此外，還必須考慮其他性能指標，如增益傳播延遲和功耗。如果找不到合適的單片設備，使用特別選擇的模擬組件構建放大器在這種情況下是有意義的。 
Microchip的MCP6G01原理圖顯示了所使用的增益選擇邏輯。（來(lái)源：Microchip） 可編程模擬技術(shù)：重新定義嵌入式系統的未來(lái) 除了傳感器，從智能手機到工業(yè)自動(dòng)化系統，幾乎我們日常使用的每個(gè)設備都是由嵌入式系統控制的，嵌入式系統是現代電子設備的核心，它們負責處理和響應復雜的數據輸入。 嵌入式系統通常需要在模擬和數字世界之間進(jìn)行連接。為了實(shí)現這種接口，需要一個(gè)模擬前端（AFE）。傳統方法主要是采用各種分立模擬元件和IC，如運算放大器和數據轉換器來(lái)構建電路，但這種方法在空間、成本和功耗方面面臨限制。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，集成模擬微控制器（MCU）提供了一種更高效的解決方案，但其卻在功能和靈活性方面仍有限制。 面對日益增長(cháng)的需求和設計復雜性，可編程模擬集成電路（IC）出現了，可編程模擬提供了種類(lèi)最齊全的模擬外設，并具有集成模擬MCU，可以允許工程師在單一芯片上自定義一系列模擬功能，并實(shí)現了功能的良好平衡和易于開(kāi)發(fā)。 不過(guò)，設計一個(gè)可編程的模擬集成電路是一項復雜的任務(wù)。這些集成電路需要提供所需的所有模擬信號鏈功能，這在從傳感器接口到數據轉換等方面有很大的變化。與集成有限的模擬外設的MCU相比，可編程模擬設備必須要支持多個(gè)輸入和輸出通道，并且需要不同的設計技能進(jìn)行配置。 英飛凌的PSoC™系列是這一技術(shù)的先驅?zhuān)Y合了微控制器和可編程的模擬和數字模塊，為設計師提供了前所未有的靈活性。這對工程界來(lái)說(shuō)具有重大意義，這種方法不僅減少了物料清單（BOM）的成本和復雜性，還縮小了電路板的尺寸，同時(shí)提供了能夠即時(shí)重新配置的能力，這在傳統集成模擬MCU中是不可能的。 那么，英飛凌的這款可編程模擬器件具體是怎樣工作的呢？PSoC™器件背后的底層架構是開(kāi)關(guān)電容器模擬模塊。通過(guò)精確控制電容器的充電和放電，這些器件能夠模擬傳統的電阻器、放大器和其他模擬組件的行為。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于它允許在微觀(guān)尺度上精確控制模擬電路的行為，同時(shí)占用更少的物理空間。 除了英飛凌，瑞薩也推出了自己的解決方案。其GreenPAK可編程混合信號器件也使用開(kāi)關(guān)電容器技術(shù)。不過(guò)與英飛凌的方案不同，瑞薩的GreenPAK系列提供了一種無(wú)MCU的替代方案，但可以允許工程師集成各種模擬和數字功能，而無(wú)需微控制器的處理能力。瑞薩的GreenPAK解決方案也很好地降低了BOM成本和組件數量，并最大限度地減少電路板空間。 總的來(lái)說(shuō)，英飛凌和瑞薩這兩者都提供了可編程模擬解決方案，但在實(shí)現和用途上有所不同。英飛凌的PSoC™更傾向于需要高度集成MCU的應用，而GreenPAK提供了更廣泛的混合信號支持功能，但沒(méi)有MCU核心。 總結 總的來(lái)說(shuō)，無(wú)論是可編程增益放大器（PGA），還是可編程IC，這些可編程技術(shù)憑借著(zhù)諸多優(yōu)點(diǎn)正在當今數字化時(shí)代，扮演著(zhù)愈發(fā)重要的角色。相信隨著(zhù)這些可編程技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們可以預見(jiàn)海量的數據將更好的為我們所用，能夠滿(mǎn)足各種行業(yè)不斷增長(cháng)的需求。 |
