OPA, PGA, STC32G144K246的内置运算放大器 应用笔记

梁***

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OPA, PGA, STC32G144K246的内置运算放大器 应用笔记

1、内部正相放大增益的反馈电阻接到内部的GND，内部地线有复杂的电流回路，所以地线可能会有较大噪声，要获得更低的噪声，可以：

   1A、运放模式设置为mode2：反相放大模式，将负输入端选择的IO再外部接低噪声地。

      举例：OP1正输入端选择P0.4，负输入端选择P0.5，输出选择P0.7，反相放大模式，增益为8。

            外部电路将P0.5接低噪声地，信号从P0.4输入，此时实际仍旧是正相放大，增益为9。

#define    PGA1_PSEL          0     //[Bit1 Bit0]  正输入端选择  0:P0.4, 1:P0.5, 2:P6.0, 3:DAC1O

#define    PGA1_NSEL         0     //[Bit3 Bit2]  负输入端选择  0:P0.5, 1:P0.4, 2:P6.1, 3:DAC1O

#define    PGA1_OSEL         0     //[Bit5 Bit4]  输出端选择    0:P0.7, 1:P0.0, 2:P7.4, 3:P6.3

#define    PGA1_MSEL         2     //[Bit7 Bit6]  模式选择      0:non, 1:Buffer, 2:Invert, 3:NonInvert

#define    PGA1_PWD          0     //[Bit0]       掉电控制      0:电源打开，  1：电源关闭

#define    PGA1_IBS             0     //[Bit1]       偏置电流选择  0:偏置电流小  1：偏置电流大

#define    PGA1_OE             1     //[Bit2]                     1:使能放大器外扩接口

#define    PGA1_GSEL         4     //[Bit5~Bit3]  增益选择      反相增益1、2、4、8、16、32、48。

                            //                         同相增益2、3、5、9、17、33、49。

PGA1_CR1 =(PGA1_MSEL<<6) | (PGA1_OSEL<<4) | (PGA1_NSEL<<2) | PGA1_PSEL;

PGA1_CR2 =(PGA1_GSEL<<4) | (PGA1_OE<<2)  | (PGA1_IBS<<1)  | PGA1_PWD;

   1B、运放模式设置为mode0，增益由外部电阻确定，根据需要设置合适的增益，反馈电阻接低噪声地。

      举例：OP1正输入端选择P0.4，负输入端选择P0.5，输出选择P0.7，外部增益模式，增益为10。

      上面的模式选择改为mode0：外部增益控制。

      #define  PGA1_MSEL   0    //[Bit7 Bit6]  模式选择    0:non, 1:Buffer, 2:Invert, 3:NonInvert

2、运放的负输入端INN选择某个IO后，INN就会跟这个IO链接，即使使用内部正相放大增益，这个IO依旧会保持跟INN链接，为了避免干扰，这个IO要悬空，PCB能包地更好。

      上面的模式选择改为mode3：正相放大、内部增益控制。

      #define  PGA1_MSEL   0    //[Bit7 Bit6]  模式选择    0:non, 1:Buffer, 2:Invert, 3:NonInvert

3、有源滤波器应用

国芯人***

STC32G144K246 内置运算放大器应用笔记

STC32G144K246 微控制器集成了多个内置运算放大器（OPA）模块，支持多种放大模式配置，包括正相放大、反相放大以及 PGA（可编程增益放大器）模式。这些模块在信号调理、传感器接口、模拟信号处理等场景中具有广泛应用价值。本文将重点分析内置运算放大器在正相放大模式下的噪声问题，并提出优化方案，特别是通过切换至反相放大模式并引入外部低噪声地的策略。

一、正相放大模式的噪声问题

在正相放大模式中，内置运算放大器的反馈电阻通常连接至芯片内部的 GND 网络。由于芯片内部地线网络复杂，包含多种数字和模拟电流回路，容易引入地噪声。这种噪声可能通过反馈路径影响放大器的输出，导致整体信噪比下降，特别是在高增益应用中更为明显。

因此，在对噪声敏感的应用中（如高精度测量、音频信号处理），仅依赖内部地线可能无法满足系统性能要求。

二、降低噪声的解决方案：切换至反相放大模式

为了降低噪声影响，建议将运算放大器配置为反相放大模式（Mode 2），并通过外部将负输入端连接至低噪声地。这种配置可以有效避免内部地噪声对放大电路的影响。

1. 工作原理简述

在反相放大模式下，输入信号通过外部电阻连接至运放的负输入端，正输入端则接地。输出电压与输入电压成反比关系，其增益由反馈电阻与输入电阻的比值决定：

$$
Av = -\frac{Rf}{R{in}}
$$

其中：
$ Rf $：反馈电阻
$ R{in} $：输入电阻

由于正输入端直接接地，信号路径中不再经过芯片内部地网络，从而避免了地噪声的引入。

三、实际应用示例

以下是一个具体的配置示例，使用 STC32G144K246 的 OPA1 模块实现反相放大：

配置参数：
正输入端选择：P04
负输入端选择：P05
输出选择：P07
增益设置：8

外部电路连接：
将 P05 引脚连接至外部低噪声地（例如模拟地 AGND）
输入信号通过一个电阻连接至 P04
输出信号从 P07 引出

尽管配置为反相放大模式，但由于正输入端固定为外部地，而输入信号仍从 P04 输入，实际上仍表现为正相放大特性，但增益略有变化。

增益计算说明：

若反馈电阻为 $ Rf $，输入电阻为 $ R{in} $，则：

$$
Av = 1 + \frac{Rf}{R{in}} = 9
$$

因此，在该配置下，实际增益为 9，而非配置寄存器中设置的 8。这是由于反相放大结构与正相放大结构在增益表达式上的差异所致。

四、寄存器配置建议

在代码中，应正确设置 PGA1 的正输入端和负输入端选择寄存器位：

c
define PGA1PSEL    0     // 正输入端选择：P04
define PGA1NSEL    1     // 负输入端选择：P05
复制代码

注意：PGA1NSEL 设置为 1 表示选择 P05 作为负输入端，从而实现反相放大模式。

同时，应确保 OPA1 的工作模式寄存器被正确设置为 Mode 2（反相放大模式）。

五、总结与建议

| 项目 | 正相放大模式 | 反相放大模式（推荐） |
|------|----------------|------------------------|
| 地噪声影响 | 明显 | 极小 |
| 输入端连接 | 内部地 | 外部低噪声地 |
| 增益控制 | 精确可控 | 需注意增益公式 |
| 适用场景 | 一般信号放大 | 高精度、低噪声应用 |

建议：
在对噪声敏感的应用中，优先采用反相放大模式，并将负输入端连接至外部低噪声地。
合理布局 PCB，确保模拟地与数字地分离，并通过磁珠或0Ω电阻单点连接。
使用低噪声、低温漂的外部电阻，以提高整体电路稳定性与精度。

如需进一步了解 STC32G144K246 的 OPA 模块功能、寄存器配置及典型应用电路，请参考 STC 官方数据手册或联系技术支持获取详细资料。

[本文内容由国芯人工智能辅助生成，仅供参考]

神***

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