一种基于I^2C总线的新型可编程增益放大电路的设计

　　在各类遥感遥测系统中，模拟信号的动态范围通常都很大，一般在几mV至几十V范围内(动态范围可达80_90db)，有的甚至是几pV_几百V(动态范围可达160db以上)。而且信号的干扰源多，有时甚至掩盖掉有用信号，很难辨识是有用信号还是干扰信号。此外，不同的材料、形状、尺寸，不同的类型，不同的测量速度，得到的信号频谱不同，受干扰信号的特点也不同。对这样的信号进行采集处理，为保证精度，检测系统首先需要对大动态模拟信号的动态范围进行压缩，即对mV甚至pV级的信号进行放大，对几十V甚至几百V的信号进行衰减，将信号的变化幅度调整到A/D电路所需要的范围。针对这一问题，本文提出了一种基于I2C总线的新型可编程增益放大器的设计方法，可根据输入的模拟信号大小，自动选择量程进行放大/衰减。

　　可编程增益放大器的硬件电路

　　遥感遥测系统的数据采集部分通常包括一个可编程增益放大器，来确保不同幅度的信号经A/D转换后为满分辨率的信号。大的信号需要少量甚至无需放大，小的信号则需要高放大倍数来减少转换器噪音的影响。对于动态范围很大的模拟输入信号，就需要根据信号的大小提供相应的放大倍数，本文提出的可编程增益放大电路就是通过单片机改变输出数字量来控制放大电路的增益，从而达到控制输出信号幅度的目的。

　　其原理框图如图1所示。

　　图1 可编程增益放大器硬件原理图

　　按照功能，硬件可分为五个部分：(1)增益可变放大器;(2)微控制器;(3)数字电位器;(4)多路开关选择。

　　电路特点及功能

　　该电路以单片机89C2051为核心组成微处理系统，用软件实现放大器增益的智能控制。该电路先对输入信号的大小进行判断，以一定算法得到相应放大倍数，然后转化为增益码再通过I2C总线传递给数字电位器，选择相应的反馈电阻输出，从而改变放大器的放大倍数。

　　微控制器及A/D转换电路

　　在模拟输入信号进入微控制器前，首先要将模拟信号转换成数字信号，本文微控制器部分选用单片机AT89C2051，充分利用AT89C2051在对单输入信号的A/D转换方面的优势。该芯片利用P1.0、P1.1两个I/O口，再配以简单的外围电路，通过软件编程即可实现单输入的A/D转换，不需要专门的外部A/D芯片，该方法降低了开发成本、减少了电路体积和器件。

　　数字电位器

　　AT89C2051对转换后的数字信号进行处理，得到相应的放大倍数，转化为增益码输出到数字电位器，由增益码控制数字电位器的阻值输出，从而改变增益可变放大器的放大倍数。