Amplificatore a Guadagno Programmabile (PGA): Scalamento del Segnale Controllato Digitalmente
Amplificazione di Precisione con Guadagno Selezionabile via Software
Un Amplificatore a Guadagno Programmabile (PGA) è un amplificatore integrato il cui guadagno è impostato tramite un'interfaccia digitale (SPI, I²C, pin paralleli o GPIO) piuttosto che da resistori fissi. Combina un nucleo op-amp con una rete di resistori commutati (o array capacitivo/transconduttanza).
Specifiche Chiave
| Parametro | Range tipico |
|---|---|
| Range guadagno | 0 dB – 60 dB (1× – 1000×), passi di 1–6 dB |
| Banda passante | 100 kHz – 100 MHz (dipendente dal guadagno) |
| Rumore in ingresso | 1 – 10 nV/√Hz (RTI) |
| Distorsione (THD) | -90 a -120 dBc |
| Alimentazione | ±2,5V – ±15V o 2,7–5,5V singola |
| Interfaccia | SPI, I²C, 3 fili, parallelo |
Tipi di Architettura
- Rete di feedback a resistori commutati: rete Rf/Rg commutata da mux CMOS. Basso rumore, guadagni discreti.
- Capacitivo (ridistribuzione carica): condensatori commutati — preciso, bassa deriva, banda limitata.
- Transconduttanza (gm) array: stadio gm variabile — guadagno continuo, alta velocità.
Applicazioni Tipiche
- Acquisizione dati (DAQ): Autorange per ingresso ADC (termocoppie, estensimetri, accelerometri).
- Imaging medicale: Ricezione ecografia (TGC — Time Gain Compensation).
- Audio: Staging guadagno preamplificatore microfono, volume amplificatore cuffie.
- Industriale: Condizionamento segnale sensore (pressione, flusso, vibrazione) con range configurabile PLC.
- Test e misura: Front-end oscilloscopio, ricevitori VNA.
Vantaggi vs. Componenti Discreti
- Nessun potenziometro/interruttore meccanico (affidabilità, controllo remoto).
- Resistori abbinati, tracciamento coefficiente termico (precisione).
- Commutazione guadagno rapida (µs–ms) per segnali dinamici.
- Funzioni integrate: calibrazione offset, filtro, mux, driver ADC.
Famiglie Popolari
ADI (AD8250, ADA4940), TI (PGA11x, PGA280, LMP8601), Maxim (MAX9932), Microchip (MCP6S2x), LTC (LTC6910).