® PSoC Creator™ Component Datasheet 可编程增益放大器（PGA） 2.0 特性 增益范围从 1 到 50 高输入阻抗 可选输入参考 可调功耗设置 概述 PGA 实现含用户可编程增益的基于运算的同相放大器。此放大器有高输入阻抗、较宽的带宽和可 选输入电压参考。它是从开关电容/连续时间(SC/CT)模块中派生的。 增益可能在 1(0 dB)和 50(+34 dB)之间。可通过配置窗口选择增益或使用提供的 API 在运行时变更 增益。最大带宽受到运算放大器的增益带宽积的限制并随增益增加而减少。PGA 的输入从轨至轨 进行，但是最大输入摆幅（Vin 和 Vref 之间的差值）限制为 VDDA/增益。PGA 的输出为 A 级，对 于足够高的负载电阻而言仍是轨至轨的。 输入信号的振幅不足时使用 PGA。PGA 可置于比较器、模数转换器或混频器之前以为这些器件增 加信号振幅。PGA 可以用作单位增益放大器以缓冲较低阻抗模块输入，包括混频器或反相 PGA 。单位增益 PGA 也可用于缓冲 VDAC 或参考输出。 输入/输出接口 本章节介绍 PGA 的各种输入和输出接口。I/O 列表中的星号（*）表示，在 I/O 说明部分所列出的 内容中，该 I/O 可能不可见。 Vin — 模拟 Vin 为输入信号终端。 Vref — 模拟* Vref 为参考信号的输入端。 赛普拉斯半导体公司• 198 Champion Court • San Jose，CA 95134-1709 • 408-943-2600 Document Number: 001-88883 Rev. *A 修订时间 October 15, 2013 Programmable Gain Amplifier (PGA) ® PSoC Creator™ Component Datasheet 参考输入可以连接到（器件的）外部参考或（器件的）内部 VSS（接地）。当参考在外部连接时， 布线电阻添加到内部电阻，略降低了增益并且增加了增益容差。 Vout — 模拟 Vout 为输出电压信号终端。Vout 为(Vin - Vref)乘以指定增益的函数： Vout = Vref + (Vin – Vref) × Gain 组件参数 将一个 PGA 器件拖放到您的设计上，并双击打开 Configure 对话框。 Gain（增益） 该参数设置了 PGA 的初始增益。您可以从下面各个可用值的集合中选择 PGA 的增益：1（默 认）、2、4、8、16、24、32、48、50。 页 2/16 Document Number: 001-88883 Rev. *A ® PSoC Creator™ Component Datasheet Programmable Gain Amplifier (PGA) 下表显示的是使用内部电阻 Ra 和 Rb 的增益选择 增益 Rb Ra 1 0 40k 2 40k 40k 4 120k 40k 8 280k 40k 16 600k 40k 24 460k 20k 32 620k 20k 48 470k 10k 50 490k 10k Power（功耗） 该参数设置了 PGA 的初始驱动功耗。功耗可确定 PGA 响应输入信号变化的速度。功耗设置共有 四种：Minimum Power（最低功耗）、Low Power（低功耗 — 默认）、Medium Power（中功 耗）和 High Power（高功耗）。Minimum Power 的设置导致最长响应时间；High Power 的设 置导致最短响应时间。 Vref_Input 此参数用于选择输入电压参考。选项包括： Internal Vss — 组件内部的接地信号提供了放大器参考。 External （默认）— Vref 终端上的信号提供放大器参考。 PSoC Creator 中显示的符号依所选的参考输入改变。 图 1. PGA 配置 Document Number: 001-88883 Rev. *A 页 3/16 ® PSoC Creator™ Component Datasheet Programmable Gain Amplifier (PGA) 应用编程接口 通过应用编程接口（API）子程序，您可以使用软件对组件进行配置。下表列出并说明了每个函数 的接口。以下各节将更详细地介绍每个函数。 默认情况下，PSoC Creator 将实例名称“PGA_1”分配给指定设计中组件的第一个实例。您可以 将其重命名为遵循标识符语法规则的任何唯一值。实例名称会成为与该组件相关的每个全局函数 名称、变量和常量符号的前缀。出于可读性考虑，下表中使用的实例名称为“PGA”。 函数 说明 PGA_Start() 启动PGA PGA_Stop() 关闭PGA电源。 PGA_SetGain() 为预定义的常量设置增益 PGA_SetPower() 为四种设置之一设置驱动功耗 PGA_Sleep() 停止并保存用户配置 PGA_Wakeup() 恢复并启用用户配置 PGA_Init() 初始化或恢复默认PGA配置 PGA_Enable() 启用PGA PGA_SaveConfig() 空函数。预留以备将来使用。 PGA_RestoreConfig() 空函数。预留以备将来使用。 全局变量 变量 PGA_initVar 说明 指示PGA是否已初始化。该变量初始化为0，并在第一次调用PGA_Start()时设置为1。这样，第 一次调用PGA_Start()子程序后，组件不用重新初始化即可重新启用。 如需重新初始化组件，可在PGA_Start()或PGA_Enable()函数前调用PGA_Init()函数。 void PGA_Start(void) 说明： 这是开始执行组件操作的首选方法。通过该函数可以打开放大器，其功耗和增益以在配置期间 的设置或采用 PGA_Stop() 调用后的当前值为依据。 参数： 无 返回值： 无 其他影响： 无 页 4/16 Document Number: 001-88883 Rev. *A ® PSoC Creator™ Component Datasheet Programmable Gain Amplifier (PGA) void PGA_Stop(void) 说明： 关闭PGA并启用其最低的功耗状态。 参数： 无 返回值： 无 其他影响： 无。不会影响功耗或增益设置。 void PGA_SetPower(uint8 power) 说明： 该函数将驱动功耗设置为四种设置之一：最低、低、中等或高。 参数： uint8 power：有关有效功耗设置，请参见下表。 功耗设置 注释 PGA_MINPOWER 有效功耗最低，转换速率最慢 PGA_LOWPOWER 低功耗和转换速率 PGA_MEDPOWER 中等功耗和转换速率 PGA_HIGHPOWER 有效功耗最高，转换速率最快 返回值： 无 其他影响： 无 Document Number: 001-88883 Rev. *A 页 5/16 ® PSoC Creator™ Component Datasheet Programmable Gain Amplifier (PGA) void PGA_SetGain(uint8 gain) 说明： 该函数将放大器增益值设置为1到50。 参数： uint8 gain：有关有效增益设置，请参见下表。 增益设置 返回值： 无 其他影响： 无 注释 PGA_GAIN_01 增益 = 1 PGA_GAIN_02 增益 = 2 PGA_GAIN_04 增益 = 4 PGA_GAIN_08 增益 = 8 PGA_GAIN_16 增益 = 16 PGA_GAIN_24 增益 = 24 PGA_GAIN_32 增益 = 32 PGA_GAIN_48 增益 = 48 PGA_GAIN_50 增益 = 50 void PGA_Sleep(void) 说明： 这是让组件准备进入睡眠的首选API。PGA_Sleep() API保存当前组件的状态，然后调用 PGA_Stop()函数，并调用PGA_SaveConfig()以保存硬件配置。 在调用CyPmSleep()或CyPmHibernate()函数之前调用PGA_Sleep()函数。有关功耗管理函数 的详细信息，请参考PSoC Creator《系统参考指南》。 参数： 无 返回值： 无 其他影响： 无 页 6/16 Document Number: 001-88883 Rev. *A ® PSoC Creator™ Component Datasheet Programmable Gain Amplifier (PGA) void PGA_Wakeup(void) 说明： 这是将组件恢复到调用PGA_Sleep()时状态的首选 API。PGA_Wakeup()函数调用 PGA_RestoreConfig()函数以恢复配置。如果组件在系统调用PGA_Sleep()函数前已启用，则 PGA_Wakeup()函数也将重新启用组件。 参数： 无 返回值： 无 其他影响： 调用PGA_Wakeup()函数前未调用PGA_Sleep()或PGA_SaveConfig()函数可能会产生意外行 为。 void PGA_Init(void) 说明： 此函数根据配置窗口“Configure”对话框设置来初始化或恢复器件。无需调用PGA_Init()，因 为PGA_Start() API会调用该函数，这是开始组件操作的首选方法。 参数： 无 返回值： 无 其他影响： 根据自定义程序“Configure”对话框中的内容，对所有寄存器进行设置。 void PGA_Enable(void) 说明： 此函数激活硬件并开始执行组件操作。无需调用PGA_Enable()，因为PGA_Start() API会调用 该函数，这是开始组件操作的首选方法。 参数： 无 返回值： 无 其他影响： 无 void PGA_SaveConfig(void) 说明： 空函数。预留将来使用。 参数： 无 返回值： 无 其他影响： 无 Document Number: 001-88883 Rev. *A 页 7/16 Programmable Gain Amplifier (PGA) ® PSoC Creator™ Component Datasheet void PGA_RestoreConfig(void) 说明： 空函数。预留将来使用。 参数： 无 返回值： 无 其他影响： 无 MISRA 合规性 本节介绍了 MISRA-C:2004 合规性和本组件的偏差情况。定义了两种类型的偏差： 项目偏差 — 适用于所有 PSoC Creator 组件的偏差 特定偏差 — 仅适用于该组件的偏差 本节介绍了有关组件特定偏差的信息。《系统参考指南》的“MISRA 合规性”章节中介绍了项目 偏差以及有关 MISRA 合规性验证环境的信息。 PGA 组件没有任何特定偏差。 固件源代码示例 在 Find Example Project 对话框中，PSoC Creator 提供了多个示例项目，并且每个项目都包括 了原理图和示例代码。要查看特定组件示例，请打开“Component Catalog”中的对话框或者原理 图中的组件示例。要查看通用示例，请打开“Start Page”或 File 菜单中的对话框。根据要求， 可以通过使用对话框中的 Filter Options 选项来限定可选的项目列表。 更多有关信息，请参考《PSoC Creator 帮助》中主题为“查找示例项目”中的内容。 功能描述 PGA 是由普通 SC/CT 模块构建的。有关该模块的详细信息，可在赛普拉斯网站的适用器件数据表 和 TRM 中找到。可通过调整 Ra 和 Rb 两个电阻来选择增益（参见图 2. PGA 原理图）。可以将 Ra 置为 10 kΩ、20 kΩ 或 40 kΩ。Rb 可设置为 0 kΩ 至 1000 kΩ，以生成参数对话框或 PGA_SetGain()函数中可选的增益值。 该模块具有与反馈电阻 Rb 并联的可编程电容。电容值针对每次增益选择进行配置以达到保证的稳 定性。重新分配 Rb 值但未选择相适当的反馈电容值也可能会导致 PGA 不稳定。赛普拉斯强烈推 荐使用所提供的 API，用于增益的修改。 页 8/16 Document Number: 001-88883 Rev. *A ® PSoC Creator™ Component Datasheet Programmable Gain Amplifier (PGA) 图 2. PGA 原理图 Vin Vout Vref Ra Rb PGA 的带宽取决于增益和功耗设置。由于补偿电容和稳定性的要求，带宽相对于运算放大器的开 环增益带宽可预计的绝对最大值会有所降低。 资源 PGA 组件使用一个 SC/CT 模拟模块。 API 存储器使用情况 根据编译器、器件、所使用的 API 数量以及组件的配置情况不同，组件占用的存储器大小也不一 样。下表提供了组件配置中所有可用的 API 占用的存储器大小。 通过使用“发布”模式下的相应编译器，可以进行测量操作。在该模式下，存储器的大小得到优 化。对于特定的设计，分析编译器生成映射文件后可以确定存储器的使用大小。 PSoC 3 （Keil_PK51） 配置 默认值 PSoC 5LP（GCC） 闪存 SRAM 闪存 SRAM 字节 字节 字节 字节 228 22 332 5 Document Number: 001-88883 Rev. *A 页 9/16 ® PSoC Creator™ Component Datasheet Programmable Gain Amplifier (PGA) PSoC 3 的直流和交流电气特性 除非另有说明，否则这些规范的适用条件是：-40°C ≤ TA ≤ 85 °C 且 TJ ≤ 100 °C。除非另有说 明，否则这些规范的适用范围为 1.71 V 到 5.5 V。典型值的适用条件为：TA = 25 °C。 直流电特性 参数 说明 条件 最小 值 典型 值 最大 值 单位 Vssa __ Vdda V Vin 输入电压范围 功耗模式 = 最低 VOS 输入偏移电压 功耗模式 = 高，增益 = 1 __ __ 10 mV TCVOS Temp. coeff. input 偏移电压， 绝对值 功耗模式 = 高，增益 = 1 __ __ ±30 µV/°C Vonl 直流输出非线性度 增益 = 1 __ __ ±0.01 FSR 的% CIN 输入电容 __ __ 7 pF Voh 输出电压摆幅 VDDA0.15 __ __ V __ __ VSSA+ 0.15 V __ __ 300 mV G=1，Vref内部连接至VSS __ 0.01 0.15 +/-% G=2，Vref内部连接至VSS __ 0.1 1.0 Ge4 G=4，Vref内部连接至VSS __ 0.5 1.35 Ge8 G=8，Vref内部连接至VSS __ 0.6 1.6 Ge16 G=16，Vref内部连接至VSS __ 0.7 2.5 Ge32 G=32，Vref内部连接至VSS __ 0.85 5.0 Ge50 G=50，Vref内部连接至VSS __ 2.1 5.0 G=1，Vref内部连接至VSS N/A 1.2 2.5 Gd2 G=2，Vref内部连接至VSS __ 8.6 20 Gd4 G=4，Vref内部连接至VSS __ 13 29 Gd8 G=8，Vref内部连接至VSS __ 15 35 功耗模式 = 高， 增益 = 1， Rload = 100 kΩ至VDDA / 2 Vol 输出电压摆幅 功耗模式 = 高， 增益 = 1，Rload = 100 kΩ至VDDA / 2 Vsrc 输出电压低于负载 Iload = 250 μA，Vdda ≥ 2.7V，功耗模式 = 高 Ge1 Ge2 Gd1 页 10/16 增益精度，与额定值 之间的偏差 增益变化与温度 ppm/°C Document Number: 001-88883 Rev. *A ® PSoC Creator™ Component Datasheet 参数 Programmable Gain Amplifier (PGA) 说明 条件 最小 值 典型 值 最大 值 单位 Gd16 G=16，Vref内部连接至VSS __ 18 40 Gd32 G=32，Vref内部连接至VSS __ 38 75 Gd50 G=50，Vref内部连接至VSS __ 167 400 48 __ __ dB __ 1.5 1.65 mA PSSR 电源抑制比 IDD 工作电流 功耗模式 = 高 图形 柱状图输入偏移电压 18 Occurance 16 14 12 10 8 6 4 2 6.0 4.0 2.0 0.0 -2.0 -4.0 -6.0 0 Vos mV 交流特性 参数 说明 条件 最 小 值 典 型 值 最 大 值 单位 BW1 -3dB带宽 功耗模式 = 高，增益 = 1， 输入 = 100 mV峰至峰 6.7 8 __ MHz SR_G1 转换速率 20 - 80%，增益 = 1，功耗模式 = 高 3.0 4.8 N/A V/µs SR_G16 20 - 80%，增益 = 16，功耗模式 = 高 0.5 0.8 7 N/A V/µs SR_G50 20 - 80%，增益 = 50，功耗模式 = 高 0.2 5 0.8 4 N/A V/µs f = 100 kHz，P = High，Vdda = 5V __ 43 __ nV/sqrtH z en 输入噪声密度 Document Number: 001-88883 Rev. *A 页 11/16 ® PSoC Creator™ Component Datasheet Programmable Gain Amplifier (PGA) 图形 不同增益设置下的带宽与温度；功耗 = 高 电压噪声，VDDA = 5.0V，功耗 = 高 1000 10 BW, MHz nV/rtHz Gain = 1 Gain = 24 1 100 Gain = 48 0.1 -40 -20 0 20 40 60 80 10 0.01 Temperature, °C 0.1 1 kHz 10 100 1000 PSoC 5 LP 直流和交流电气特性 除非另有说明，否则这些规范的适用条件是：-40°C ≤ TA ≤ 85 °C 且 TJ ≤ 100 °C。除非另有说 明，否则这些规范的适用范围为 2.7 V 到 5.5 V。典型值的适用条件为：TA = 25 °C。 直流电特性 参数 说明 条件 最小值 典型值 最大值 单位 VSSA __ VDDA V Vin 输入电压范围 功耗模式 = 最低 VOS 输入偏移电压 功耗模式 = 高，增益 = 1 __ __ 20 mV TCVOS 输入偏移电压温度漂 移 功耗模式 = 高，增益 = 1 __ __ ±30 µV/° C Ge1 增益误差，增益 = 1 __ __ ±2 % Ge16 增益误差，增益 = 16 __ __ ±8 % Ge50 增益误差，增益 = 50 __ __ ±10 % VONL 直流输出非线性度 __ __ ±0.1 FSR 的% CIN 输入电容 __ __ 7 pF VOH 输出摆幅 VDDA – __ __ V 页 12/16 增益 = 1 功耗模式 = 高，增益 = Document Number: 001-88883 Rev. *A ® PSoC Creator™ Component Datasheet 参数 说明 Programmable Gain Amplifier (PGA) 条件 1，RLOAD = 100 kΩ至 VDDA/2 VOL 输出摆幅 VSRC 输出电压低于负载 IDDA 工作电流 PSRR 电源抑制比 最小值 典型值 最大值 单位 0.15 功耗模式 = 高，增益 = 1，RLOAD = 100 kΩ至 VDDA/2 __ __ VSSA + 0.15 V ILOAD = 250 μA, 功耗 模式 =高 __ __ 300 mV __ 1.5 1.65 mA 48 __ __ dB 功耗模式 = 高 图形 PGA偏移柱状图，4096采样/1024部件 Document Number: 001-88883 Rev. *A 页 13/16 ® PSoC Creator™ Component Datasheet Programmable Gain Amplifier (PGA) 交流特性 参数 说明 条件 最小 值 典型 值 最大 值 单位 BW1 –3 dB带宽 功耗模式为高，增益 = 1，同相的模 式，300 mV ≤ VIN ≤ VDDA – 1.2 V, CL ≤ 25 pF 6 8 __ MHz SR1 转换速率 功耗模式 = 高，增益 = 1，20%至80% 3.0 __ __ V/µs en 输入噪声密度 功耗模式 = 高，VDDA = 5 V，100 kHz __ 43 nV/sqrtHz 图形 带宽与温度；功耗 = 1，功耗模式 = 高 噪声与频率，VDDA = 5 V，功耗模式 = 高 1000 nV/rtHz 100 10 0.01 页 14/16 0.1 1 kHz 10 100 1000 Document Number: 001-88883 Rev. *A ® PSoC Creator™ Component Datasheet Programmable Gain Amplifier (PGA) 组件更改 本节列出了各版本的主要组件更改内容。 版本 更改内容 2.0.a 清楚数据手册中有关PSoC 5的参考内容。 2.0 已添加变量Vdda的支持。 1.90 1.80 更改原因/影响 PSoC 5被替代为PSoC 5LP。 已添加MISRA合规性章节。 此组件没有任何特定偏差。 更新原理图和源文件，以便使用所有的SC/CTS 模块组件的共有升压时钟。 所有的SC/CT模块组件都将共有的时钟作为升压使 用。 对于低电压VDDA操作，使用所有基于SC/CT组 件共有的升压时钟。 降低升压时钟所需的系统模拟时钟数量。这时，所有 基于SC/CT组件将共同使用一个升压时钟，而不是每 一个组件单独使用一个时钟。 添加了PSoC 5LP支持 将电阻组合值更改为增益 = 24 电阻值不正确 添加了所有包含CYREENTRANT关键字的组件 API。 对GUI进行小的更新 1.70.a 补充了PSoC 5直流与交流电气特性数据 1.70 更改了PSoC 5的PGA_Stop() API 使用PSoC 5时，为防止组件停止时影响无关模拟信号 所需的更改。 已更新PGA响应图表 为动态调整图表大小以适应窗口以及为添加水平和垂 直网格所需的更改。 从组件定制程序中删除了VDDA参数 对于多个组件，组件中的VDDA设置可能是冗余且没 有必要。该参数被删除后，组件会查询DWR中最低 VDDA的全局设置，并且在必要时自动启用泵。 创建包括频率响应图表的配置窗口，更便于使用 GUI。 以前的配置窗口没有提供足够的易于使用的信息。 更正了头文件中的SetGain常量 提供给SetGain API的常量值不正确。这些常量值已被 更正。 1.60 向数据手册中添加了特性数据 1.50 对数据手册进行了少量编辑和更新 添加了睡眠/唤醒和初始化/启用API。 为支持低功耗模式并提供常用接口，以单独控制大多 数器件的初始化和使能。 删除了增益设置25。 增益25太接近其他值，因此不提供值。 Document Number: 001-88883 Rev. *A 页 15/16 Programmable Gain Amplifier (PGA) 版本 更改内容 ® PSoC Creator™ Component Datasheet 更改原因/影响 更新了符号图像和“配置”对话框。 更新以符合公司标准。 通过添加“_REG”更改了寄存器的名称。 更新以符合编码准则。 增加了规格表和图形占位符。 特征化完成后需要提供数据。 © 赛普拉斯半导体公司，2013。此处，所包含的信息可能会随时更改，恕不另行通知。除赛普拉斯产品内嵌的电路以外，赛普拉斯半导体公司不对任何其他电路的使用承担任何责任。也不根据专 利或其他权利以明示或暗示的方式授予任何许可。除非与赛普拉斯签订明确的书面协议，否则赛普拉斯产品不保证能够用于或适用于医疗、生命支持、救生、关键控制或安全应用领域。此外，对 于可能发生运转异常和故障并对用户造成严重伤害的生命支持系统，赛普拉斯不授权将其产品用作此类系统的关键组件。若将赛普拉斯产品用于生命支持系统，则表示制造商将承担因此类使用而 招致的所有风险，并确保赛普拉斯免于因此而受到任何指控。 PSoC®是赛普拉斯半导体公司的注册商标，PSoC Creator™和 Programmable System-on-Chip™是赛普拉斯半导体公司的商标。此处引用的所有其他商标或注册商标归其各自所有者所有。 所有源代码（软件和/或固件）均归赛普拉斯半导体公司（赛普拉斯）所有，并受全球专利法规（美国和美国以外的专利法规）、美国版权法以及国际条约规定的保护和约束。赛普拉斯据此向获许 可者授予适用于个人的、非独占性、不可转让的许可，用以复制、使用、修改、创建赛普拉斯源代码的派生作品、编译赛普拉斯源代码和派生作品，并且其目的只能是创建自定义软件和/或固件， 以支持获许可者仅将其获得的产品依照适用协议规定的方式与赛普拉斯 集成电路配合使用。除上述指定的用途外，未经赛普拉斯的明确书面许可，不得对此类源代码进行任何复制、修改、转换、 编译或演示。 免责声明：赛普拉斯不针对此材料提供任何类型的明示或暗示保证，包括（但不仅限于）针对特定用途的适销性和适用性的暗示保证。赛普拉斯保留在不另行通知的情况下对此处所述材料进行更 改的权利。赛普拉斯不对此处所述之任何产品或电路的应用或使用承担任何责任。对于合理预计可能发生运转异常和故障，并对用户造成严重伤害的生命支持系统，赛普拉斯不授权将其产品用作 此类系统的关键器件。若将赛普拉斯产品用于生命支持系统，则表示制造商将承担因此类使用而导致的所有风险，并确保赛普拉斯免于因此而受到任何指控。 产品使用可能受适用的赛普拉斯软件许可协议限制。 页 16/16 Document Number: 001-88883 Rev. *A