只需一个电路即可满足系统解析度和12位要求

　　一般而言，手持式仪表、数据记录器、车载和监控系统都要求一种低成本高、高系统解析度的多路复合系统。可以将这些要求都集成到一个电路中吗？能够处理这些多样性需求的系统，要求一个多路复用器、增益单元和一个模数转换器 (ADC)。

　　解决这个问题的一种可行方案是一个10通道、可编程放大器(PGA)，它与一个中速12位SAR ADC（请参见图1）配合工作。该单电源、10通道PGA具有一个轨至轨的输入/输出，增益调节范围为1V/V到200V/V。PGA的12 nV√Hz @ 10 kHz低噪声性能适合于12位系统。这两个器件之间的模拟接口包括一个缓冲结构的运算放大器(OPA) 以及一个R/C电路。12位ADC是一个带固有采样和保持的电容型SAR ADC。该转换器要求R/C电路，其可简化ADC输入结构的充电动作。

　　图.1 这种系统使用一个多路复用PGA和驱动12位转换器的运算放大器

　　计算得到的PGA噪声值（参考输出(RTO)）等于10 kHz下PGA噪声密度(12 nV/√Hz) 乘以PGA闭环带宽的平方根乘以√(p/2)。√(p/2)的倍数说明了PGA带宽以外频率区域的噪声。之后，所得值再乘以PGA的增益。方程式1使用了16 V/V的PGA增益：

　　PGArms-noise = 12 nV/√Hz * √ (1.6 MHz * √/2) * 16 V/V = 0.304 mV (rms) 方程式1

　　转换器产生的ADC噪声为431 mV(rms)，大大低于该5伏系统的1LSB或1.22 mV。缓冲放大器的噪声为39 mV (rms)，带给系统的噪声极少甚至为零。

　　PGA、OPA和ADC的组合噪声为529 mV(rms)，仍然低于12位转换器的1LSB。该值使用一个方和根方程式（即方程式 2） 计算得出：

　　Noise (RTO) = √ (PGArms-noise2 + OPArms-noise2 + ADCrms-noise2) 方程式2

　　PGA为16 V/V增益时该系统的等效12位（Equiv12-bit）为0.432LSBs（请参见方程式3）。

　　Equiv12-bit = (NoiseRTO * 2N)/FSR, {where N = 12 and FSR = 5 V/V} 方程式3

　　如果我们在1-200 V/V的PGA增益范围来观察该系统，我们便会发现 PGA 噪声为电路的主要噪声。一旦 PGA增益超出~125 V/V，该系统便不再符合12位标准。然而，这种情况能够通过缩小系统参考输入 LSB 的电压大小来改善（请参见图2）。获得更小LSB 的折中方法是降低系统的有效转换位数 (ENOB)。

　　图.2 系统高于0.01%，且PGA增益为1–125 V/V。

　　PGA增益为125～200 V/V时，系统高于0.02%。

　　图.1 所示系统可在要求12位时提供足够的PGA增益范围，也可在要求高系统解析度时提供同样足够的增益范围。(作者：Bonnie C. Baker，德州仪器 (TI) 应用工程师)