实现数字控制的可编程增益放大器 (PGA) 方案：基于重置积分器的创新设计

在高性能模拟系统设计中，如何将高动态范围的信号（如微弱的传感器信号与强干扰并存）精确数字化是一大挑战。传统做法是采购专用的可编程增益放大器（PGA）芯片，但这往往意味着更高的 BOM 成本、更大的功耗以及额外的 PCB 面积。

本文提出一种基于重置积分器（Reset Integrator）的 PGA 实现方案。该方案仅需通用的运算放大器、模拟开关和被动元件，利用微控制器的定时器精确控制积分时间，即可实现软件可调增益与硬件抗噪滤波的完美结合。

本方案的核心思想是将电压信号转化为电荷积累。电路基本结构由一个运算放大器、积分电容、输入电阻和一个并联在电容两端的复位开关组成。

系统的运行遵循严格的时间轴，分为四个阶段：

在理想积分器中，输出电压的计算公式为：

如果输入信号在积分时间内相对稳定，则增益定义为：

核心发现： 由于和是固定硬件，我们可以通过微控制器的定时器改变**积分时间 ** 来线性调整增益。

增益加倍：只需将复位信号到采样信号之间的时间间隔增加一倍。
抗噪特性：积分器本质上是一个矩形窗口滤波器（Moving Average Filter）。它在频率域上表现为 Sinc 函数响应，能够极大地衰减频率为及其倍数的噪声（如 50Hz/60Hz 工频干扰）。

在单电源供电的嵌入式系统中，通常采用反相积分器结构，并引入 VCOM（通常为）作为偏置。

尽管该方案灵活性高，但由于和存在初始公差以及寄生参数，增益的绝对精度会受影响。

基于积分器的数字控制 PGA 方案是高性能、低成本模拟前端的理想选择。它不仅将“增益调节”转化为精确的“时间控制”，更在嘈杂的微控制器环境中为微弱信号提供了一道天然的滤波器屏障。对于采样率要求不高（如传感器监测、电池管理）但精度要求严苛的应用，该方案具有无可比拟的工程优势。