解析华芯微特32位MCU SWM211的OPA配置和应用电路
本文将为大家解析华芯微特32位MCU SWM211的OPA配置和应用电路。
华芯微特SWM211系列32位MCU有4个放大器，放大器正极（OPAVPx）、负极（OPAVNx）和输出端（OPAOUTx）为开环放大器的3个端口。根据OPA的基本概念，可以搭建确定放大倍数的外电路。在此举例最简单的同相放大电路：
同相放大器的信号输入接入到同相端，而反相端对地接电阻，输出端通过一个电阻接到反相端形成负反馈，利用虚短特性，反相端电压等于同相端电压等于Vin;而运放的虚断特性，流进反相端的电流看作是0，则电流流向是经过R2和R1到地，根据节点电流定律：
放大倍数
注：一般R1取1K，通过改变R2的值改变放大倍数
SWM211的放大器支持偏置电流（5μA或10μA）、驱动能力（x1或x2）、PGA等。可通过OPACR寄存器OPAxIB位配置OPA偏置电流为5μA或10μA；配置OPAxDV位配置驱动能力为1倍或2倍；通过 配置OPACR寄存器OPAXMD 位选择OPA对应的工作模式。
放大器配置
// 配置需使用的放大器管脚使其切换为模拟信号模式
// 配置OPACR寄存器，配置放大器参数
// 配置OPAx使能寄存器（OPACR.OPAxON），使能OPA
ADC复用
当放大器的功能引脚与ADC的功能引脚位于同一个物理引脚上时，放大器OPAx的OUTx引脚可直接复用对应的ADC_CHx引脚，只需将对应引脚的功能复用通过PORT模块中PORTx_FUNCx对应配置改为ADC_CHx即可通过ADC采集OUT脚上的电压，但此时OUT引脚不能作为其他功能 使用，只有内部关闭OPA0运放（或一开始就不启用），才可以配置为正常的IO口和数字功能， 或者除采集OPxOUT电压以外的ADC0CH3采样。
211的4个放大器除了能配置成普通的放大器外，OPA1~3还能配置成PGA模式。在PGA模式下，可通过内部连接，为PGA模式下的OPA1/OPA2/OPA3提供2.5V电压偏置。
在PGA模式下，OPA1/OPA2/OPA3是一个通过选择内置反馈电阻（10k、15k、20k）选择增益倍数的可编程增益放大器（可配置PAGCR寄存器），可以省略外部的反馈电阻，通过对应ADC通道直接采集相应的OPA_OUT输出，但此时OUT引脚也不能作为其他功能使用。
OPA1/OPA2/OPA3其内部结构图如所示
如所示为OPA1/OPA2/OPA3 PGA模式内部结构图，图中R1和R2同时由PGACR寄存器中OPAxGN位控制，R1和R2的阻值可同时设置为10K/15K/20K；R3为滤波电阻，其阻值可通过OPACR寄存器OPAxSW位设置，可设置为1K/10K。
此模块中VREF为片内偏置电压，由电压值为2.5V（±10%）。
PGA应用模式如图所示
此模式下外部电路中PGA负端经2K电阻R4接GND，正端经2K电阻R5接输入电压Vi。
在程序中配置为PGA增益反馈电阻R1选择10k（R2选择与R1同步），开启内部参考电压VREF，且设为2.5V，则PGA输出电压计算过程如下：
(Vo-Vn)/10K = (Vn-0)/2K
故：Vo = 6Vn = 6Vp
(2.5V-Vp)/10K = (Vp-Vi)/2K
2.5V = 6Vp - 5Vi
6Vp = 2.5V + 5Vi
故：Vo = 6Vp = 2.5V + 5Vi
ADC通道直接采集相应的OPA_OUT输出时，PGA电路将作为ADC的前级电路，对输入到ADC的信号进行放大，增大动态范围，大大提高了测量的精度。简单来说，PGA可以将一个输入的小信号进行一定程度的放大，让我们能更加清楚的看到这个信号。
举个例子：0~5V的模拟输入经过SWM211的AD转换后输出的范围在0~4096，则数字信号的步长则为0.00122V，如果要输入一个0.01V附近波动的模拟信号，经AD转换后输出的数字信号则为0，这显然不能精准的检测到我们的输入信号。但如果我们引入了PGA模块，对我们的输入信号进行放大，比如放大20倍，那我们的输入信号就会变成一个在0.2V左右跳变的信号，在经过AD转换后，数字信号将在163左右进行变动，我们就可以很清楚的看到输入信号的波形。
但是PGA信号在放大了信号的同时，也限制了信号的输入范围，对信号放大了多少倍，我们的输入范围同样也意味着缩小了多少倍。输入信号超过这个范围，将超出我们检测的量程。
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