文章作者：邢麗娟 李勝玉 楊世忠

摘要：MCP6S2X系列是Microchip Technology公司推出的可編程增益放大器，可廣泛用于多路模擬傳輸應(yīng)用、信號采集、A／D轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)和信號測量系統(tǒng)中。文中介紹了MCP6S2X系列的結(jié)構(gòu)和功能，并通過多路信號采集電路的比較說明了該芯片的主要特點(diǎn)。最后給出了一個(gè)MCP6S2X的實(shí)用電路。

關(guān)鍵詞：MCP6S2X；程控增益放大器；多路信號采集

在實(shí)際的電路應(yīng)用中,模擬信號的采集是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。工業(yè)控制一般需要采集各種現(xiàn)場參數(shù)（如溫度、壓力、流量等），并對這些參數(shù)進(jìn)行處理。往往比較難處理的是信號采集部分。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號的處理無論從精度和速度上來說，都在不斷提高。剩下的問題是如何方便地將模擬數(shù)據(jù)采集到微處理器中。

在許多嵌入式設(shè)計(jì)中，微控制器或者數(shù)字信號處理器需要處理若干個(gè)模擬信號才能完成一種控制功能或者一系列控制任務(wù)。這些模擬信號往往需要先經(jīng)過某種處理（例如濾波、緩沖、或者放大），然后處理器才能精確地對它們進(jìn)行轉(zhuǎn)換，至少要把信號放大到系統(tǒng)能夠使用的電平。因此，選擇合適的元器件將會(huì)對電路的設(shè)計(jì)起到事半功倍的作用。

Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ公司推出的可編程增益放大器(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ, ＰＧＡ)已將放大器、ＭＵＸ和利用ＳＰＩ總線選擇的增益控制器整合在了一起，從而可以協(xié)助用戶有效地提升系統(tǒng)的數(shù)碼仿真控制效能。新器件專供各種工業(yè)和儀器市場以及信號和傳感處理領(lǐng)域使用。新款ＭＣＰ６Ｓ２ｘ系列器件除可提供放大器功能外，還可為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供數(shù)碼控制效能，用戶可在ＳＰＩ總線上對系統(tǒng)進(jìn)行編程，并可通過有效控制增益和選擇輸入信道來得到更大的設(shè)計(jì)靈活性。此外，由于ＰＧＡ不需要反饋和輸入電阻，因此，還可大幅減低成本并節(jié)省機(jī)板空間。

１ ＭＣＰ６Ｓ２Ｘ芯片的功能和參數(shù)

Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ公司的ＭＣＰ６Ｓ２１／２／６／８ 是模擬增益可編程運(yùn)放(ＰＧＡ)芯片。該芯片的增益可設(shè)置為＋１～＋３２Ｖ／Ｖ,而且具有輸入通道選擇功能, 可通過ＳＰＩ總線選擇增益水平和輸入信道，以擴(kuò)大微控制器的仿真輸入范圍，同時(shí)可減少對輸入／輸出管腳數(shù)量的需求，從而降低微控制器的成本。此外，單一信號路徑的多重信道還可協(xié)助系統(tǒng)進(jìn)行仿真信號路徑的校準(zhǔn)，以提高時(shí)間和溫度的準(zhǔn)確度。該器件寬廣的頻帶特別適用于以較低電流運(yùn)行的放大器，并可減少產(chǎn)品對電源功率的需求。

１．１ 芯片引腳定義

新款ＭＣＰ６Ｓ２１和ＭＣＰ６Ｓ２２具有８腳ＰＤＩＰ、ＳＯＩＣ和ＭＳＯＰ封裝，ＭＣＰ６Ｓ２６采用１４管腳ＰＤＩＰ、ＳＯＩＣ和ＴＳＳＯＰ封裝，ＭＣＰ６Ｓ２８則采用１６管腳ＰＤＩＰ、ＳＯＩＣ和ＴＳＳＯＰ封裝。它們的引腳排列如圖１所示，表１所列是其引腳功能。

表1 MCP6S2X系列芯片引腳定義（MCP6S28為例）

１．２ 特性參數(shù)

●輸入通道數(shù): １、２、６或８個(gè)通道可選；

●頻寬：２ＭＨｚ～１２ＭＨｚ；

●有８種增益選擇，分別為：＋１,＋２,＋４,＋５,＋８,＋１０,＋１６或＋３２Ｖ／Ｖ；

●ＴＤＨ＋Ｎ：０．００１２％；

●帶有串行外圍設(shè)備接口(ＳＰＩ)；

●增益誤差低:±１％(最大)；

●偏移低:±２７５μＶ(最大)；

●帶寬:２～１２ＭＨｚ(典型)；

●噪音低:１０ｎＶ／ｒｔＨｚ(典型)；

●電源電流低:１．０ｍＡ(典型)；

●偏置電壓低：２７５μＶ（典型）；

●穩(wěn)定時(shí)間：２００ｎｓ；

●單電源供電電壓:２．５Ｖ～５．５Ｖ；

●工作溫度范圍：－４０～８５℃。

２ 工作原理

ＭＣＰ６Ｓ２８芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（其它類似）如圖２所示。由圖可見，ＭＣＰ６Ｓ２Ｘ芯片內(nèi)部由一些簡單的功能模塊構(gòu)成，可共同完成多路選擇、可變增益調(diào)節(jié)等功能。ＭＣＰ６Ｓ２Ｘ具有多路選擇輸入（ＭＵＸ）模塊，共有八路輸入，可由軟件設(shè)置通道選擇。不用的輸入引腳應(yīng)懸空，以使輸入電流最小。當(dāng)然，接ＶＤＤ或ＶＳＳ時(shí)，芯片也能正常工作但輸入電流會(huì)變大。

內(nèi)部運(yùn)放部分主要由運(yùn)放、增益轉(zhuǎn)換器、梯形電阻(ＲＬＡＤ＝ＲＦ＋ＲＧ)等組成，可完成信號的放大和帶寬選擇，提高輸出電壓的精確性。

ＳＰＩ邏輯控制部分主要提供片選信號、同步時(shí)鐘、串行輸入輸出、上電復(fù)位、控制指令和數(shù)據(jù)讀寫以完成通路選擇和增益控制等功能。上電復(fù)位電路ＰＯＲ（Ｐｏｗｅｒ－Ｏｎ Ｒｅｓｅｔ）的功能是：當(dāng)電源電壓低于ＰＯＲ的限定電壓時(shí)ＶＤＤ＜ＶＰＯＲ≈１．７Ｖ，使內(nèi)部ＰＯＲ電路復(fù)位所