过程控制和仪表解决方案于二十世纪七十年代至八十年代兴起的电子革命中脱颖而出。在探寻解决方案的过程中，现在为人们所熟知的仪表放大器应运而生。利用数个电阻和运放，即可设计出三运放和随后出现的双运放电路结构。这类解决方案后来发展成为集成电路芯片方案。尽管表面看来变化不大，但实际并非如此。不断创新中的数字革命正在进入传统的模拟领域。

仪表放大器适合用来获取差分输入信号并抑制共模噪声，但在将多传感器输入信号整合到系统中时则显得束手无策。比如，压力传感器或载荷单元需要仪表放大器将差分输出信号变为单个电压。但这类系统往往需要用温度数据进行校准。这就需要另一条单独的信号路径来获取该温度值。

使用单端输入/输出可编程增益放大器(Programmable Gain Amplifier，PGA)可以取代两条单独信号路径的方法。有了PGA，信号值的相减、共模噪声抑制以及差分输入信号的过滤均可在单片机内部完成。PGA还支持多输入通道的应用，通过SPITM端口可进行多输入通道的配置。众多传感器均可配置为PGA输入。图1给出了一个例子。

图1中所示的这类阻性传感器桥主要用于压力、温度或载荷的传感。只需使用一个外部A/D转换器和PGA，就可轻松将来自这些阻性传感器桥的差分电压转换成可处理的数字值。Microchip的PGA结构框图如图2所示。器件的输入端有一个复用器，供用户将多个输入接入器件。复用器直接与宽带宽放大器的非反相输入端相连。放大器的可编程闭环增益通过片上的梯形电阻实现，其可编程增益值有八种选择，分别为1、2、4、5、8、10、16和32倍。复用器和PGA与A/D串联电路的高速转换响应相结合，使差分输入信号迅速被采样和转换成12位数字表征值。PIC单片机将来自通道CH0和CH1的两个信号值相减。在两个信号相减计算传感器响应的同时，还消除频率较低的共模噪声。

在独立系统中，虽然没有PGA也可以容易地进行温度测量，但在多路信号复用的环境下实现温度传感功能可以减少很多不必要的麻烦。取消了第二条进入单片机的信号路径且同时保持传感系统的准确性是主要优点之一。带复用功能的PGA有MCP6S22(双通道)、MCP6S26(六通道)和MCP6S28(八通道)。温度测量应用中最常见的传感器有热敏电阻、温度传感芯片、RTD以及热电偶。Microchip的PGA最适合与热敏电阻或温度传感芯片连接。光敏器件可实现光与电的转换。这种PGA不太适用于精密应用(如CT扫描仪)，但在位置感光应用中可有效地发挥作用。复用器和PGA与A/D串联电路的高速转换响应相结合，使光敏器件输入信号被采样并转换成模拟值，而后迅速转换成数字值。这种感光电路的适用范围是信号响应频率介于直流和100kHz的应用。

MCP6S2X系列PGA采用精密的宽带宽内部放大器。这些精密器件不仅提供了绝佳的失调电压性能，而且传感电路设计简单，使设计者不必面临独立放大器电路的稳定性问题。可编程增益放大器的稳定电路内置于器件中。

欲了解更多信息，请访问www.microchip.com查阅下列参考资料，并参考以下资料：
    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.

作者介绍
Bonnie C. Baker, Microchip Technology Inc.混合信号/模拟应用部经理