可编程增益放大器含全平衡差动放大器模块、译码器模块和电阻开关阵列模块，全平衡差动放大器模块中的负反馈电阻分压器的电阻比确定该放大器的增益，通过译码器模块的译码结果控制电阻开关阵列模块衰减输入信号的衰减量，最终实现该放大器的增益的可编程。

　　电阻开关阵列模块是两个对称的含模拟开关的电阻衰减网络，它们的输入电阻恒定，确保对前级形成恒定的负载效应。

　　可编程增益放大器具有以下优点：结构简单；带宽稳定；和输入电阻恒定，对前级形成恒定的负载效应，在该放大器与前级之间不需增加缓冲电路来隔离。

　　可编程增益放大电路可对模拟信号进行放大、转换、滤波，并能把器件中的多个功能模块互联，对电路进行重构，还可调整电路的增益、带宽和阈值。

　　以AD7523构成的可编程增益放大为例，如图所示是采用A／D转换器AD7523构成的可编程增益放大器。电路由8位数据来控制增益，使增益在1～256范围内变化，由于从D7(位)开始依次只有1位电平为高，所以能以6dB为步长，从6dB变到42dB。AD7523片内有模拟开关和R-2R梯形网络，额定阻值为5～20kΩ，中心值为10kΩ。若从RFB端直接输入信号，侧输入电阻很低，所以在前面接入缓冲放大器Al，起到倒相的作用。若从Al的同相端输入，则可得到同相信号。对于可变增益放大器，若增益高，则失调电压大，因此需要对运放进行准确调零，尤其要注意Al的输出。在RFB端串联电位器RP2进行增益的校准。运放A2由于负反馈可变，设定增益越大，闭环频率响应越坏。需要选用增益可变范围窄或开环频率特性好的运放。对于小功率或精密运放，因为牺牲了交流特性，所以当输入几千赫兹以上的信号时应予以注意。

　　以基于VCA822的可编程增益放大器为例，其设计及工作原理如下：
　　设计一个通过键盘设置增益，且具有AGC功能的宽带放大器。放大器输入端采用同相放大电路进行阻抗匹配，使输入电阻达到MΩ数量级。该系统设计分为宽带放大、峰值采样、人机交互等3个模块。

　　宽带放大模块中电压增益可预置的功能是由VCA822实现。VCA822一款直流耦合型宽频带压控增益放大器，工作频带宽度可达150 MHz。放大器增益由控制电压和外围电阻阻值共同决定。控制电压的输出是由单片机运算并控制D／A转换器而输出的，因而能够实现较精确的数控。另外，放大器后级接入两档信号处理电路，一档增益0 dB，另一档为衰减档，通过一个控制端口，实现信号在这两档位之间选择。这种方法的优点在于条理清晰，控制方便，易于单片机处理。

　　针对峰值采样，采用数字检波，即通过高速A／D转换器对输出的正弦信号进行采样，判断一定时间内采集到的数字信号的值，该值即为该信号的峰值。而这种通用数字峰值检波电路仅能在低频段效果良好，针对系统设计要求中的高频信号，以及某些特定频率信号，将产生一定误差。采用双频数字峰检对信号进行采样，这种方案可有效避免产生误差。

　　在上述两模块的基础上实现AGC的功能。峰值检波测得的电压值反馈回单片机，单片机对宽带放大电路实现放大精确控制。通过这种方式可将输出信号的峰值稳定在4．8 V左右。该系统总体实现框图如下图所示。

　　可编程增益放大器方式是直接采用现有的可编程增益放大器集成电路来实现增益控制,其电路原理框图如图4 所示. 这方面的IC 有: PGA103 、PGA204 、AD526 、AD620 、THS7001 等,其增益控制都只有固定的几档. 有的放大倍数是1 、2 、4 、8 、16 倍;有的放大倍数是1 、10 、100 、1000 倍. 增益设置方式有:电阻设置法、引脚设置法、软件设置法. CPLD的作用和编程思想与前面介绍的两种增益控制电路相同.

　　可编程增益放大器的性能参数可以根据D/A转换器的相应参数换算得到，根据MAX502的性能指标其性能参数如下：

　　输入失调电压：＜±1mV （未调整）

　　输入失调温漂：±5μV/℃

　　增益误差：＜0.07%（未调整）

　　增益温度系数：＜±1ppm/℃

　　单位增益带宽：3MHz

　　压摆率：5V/μs

　　输出摆幅：±10V（2kΩ负载）

　　输出电阻：0.2Ω

　　输出噪声电压：25nV/ Hz

　　总谐波失真（THD）：-90dB

　　具有8级增益的SPI总线可编程增益放大器是Microchip Technology（美国微芯科技公司）发布的一款可编程增益放大器系列产品，它是可编程增益放大器的一个发展。

　　它是通过对放大器进行数字控制，系统设计不再是固定不变的，而是可以在运行过程中随时改变，从而减少了对外部元件的需求。"

　　新器件主要应用于工业、仪器仪表、信号处理和传感处理等领域。

　　新器件可提供1通道和2通道输入，有8个增益等级，能在较低的工作电流下实现1MHz至18 MHz的增益带宽，降低了电源要求。新器件的工作电压为2.5伏至5.5伏，工作温度从-40oC到+125oC。此外，新器件可以保持较低的噪音（10 nV/rtHz），以及较低的偏移电压（150uV），总谐波失真加上噪声（THD+N）仅为0.0011％，设定时间为200ns，能够稳定运行于1、2、4、5、8、10、16和32V/V的增益系统。