問題：

 

我有一個儀表放大器，但我需要更寬的動態範圍
，而不是單一增益。我可以通過多路複用增益電阻來獲得可編程增益嗎？

 

答案:

 

為了實現高精度傳感器測量動態範圍的最大化，可能需要使用可編程增益儀表放大器(PGIA)。由於大多數儀表放大器使用外部增益電阻(RG)來lai設she置zhi增zeng益yi

，似si乎hu通tong過guo一yi組zu多duo路lu複fu用yong增zeng益yi電dian阻zu就jiu可ke以yi實shi現xian所suo需xu的de可ke編bian程cheng增zeng益yi。雖sui然ran這zhe是shi可ke能neng的de，但dan在zai以yi這zhe種zhong方fang式shi將jiang固gu態tai多duo路lu複fu用yong器qi施shi加jia於yu係xi統tong之zhi前qian需xu要yao考kao慮lv三san個ge主zhu要yao問wen題ti：電源與信號電壓的限製、開關電容和導通電阻。

 

圖1. AD8421 PGIA帶有多路複用器。

 

保持在信號電壓範圍內

 

固態CMOS開關需電源供電。源電壓或漏極電壓超過電源電壓時
，故障電流流過，會導致輸出不正確。每個電阻RG引腳的電壓通常處於二極管相應輸入端的壓降範圍內
；因此，該開關的信號電壓範圍須大於儀表放大器的輸入範圍。

 

考慮電容

 

該開關電容類似於將電容懸於其中一個RG引腳上，並保持另一個RG引腳不變。足夠大的電容可能導致峰化或不穩定，但更容易被忽視的問題是對共模抑製比的影響。在電路板布局中，接地層一般從RG引腳下方移除，因為小於1 pF的電容不平衡會大大降低AC CMRR。開關電容可為幾十pF，會導致較大誤差。以具有完美CMRR的儀表放大器為簡單示例
，不存在RG，僅在一個RG引腳上存在電容，由電容引起的CMRR的估算如下：

 

 

例如
，如果內部反饋電阻RF = 25 kΩ，CRG = 10 pF
，則10 kHz時的CMRR僅為36 dB。這表明需要使用低電容開關或平衡開關架構
，如圖2所示的SPST開關。

 

關於阻抗

 

最(zui)後(hou)
，根(gen)據(ju)儀(yi)表(biao)放(fang)大(da)器(qi)的(de)增(zeng)益(yi)公(gong)式(shi)，開(kai)關(guan)的(de)導(dao)通(tong)電(dian)阻(zu)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)增(zeng)益(yi)。如(ru)果(guo)導(dao)通(tong)電(dian)阻(zu)足(zu)夠(gou)低(di)
，以(yi)至(zhi)於(yu)仍(reng)能(neng)實(shi)現(xian)所(suo)需(xu)增(zeng)益(yi)，這(zhe)或(huo)許(xu)可(ke)行(xing)。然(ran)而(er)
，此(ci)開(kai)關(guan)的(de)導(dao)通(tong)電(dian)阻(zu)隨(sui)漏(lou)極(ji)電(dian)壓(ya)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)（指定為RFLAT(ON)）。開關電阻的變化使增益既依賴於共模電壓，又會產生非線性效應。例如，使用1 kΩ的RG和具有10 Ω RFLAT(ON)的開關，在共模範圍內會引起1%的增益不確定性。一部分將轉化為差分信號（即2 Ω變化將會引起2000 ppm的非線性度）。這zhe表biao明ming需xu要yao使shi用yong低di導dao通tong電dian阻zu開kai關guan，與yu上shang述shu建jian議yi的de低di電dian容rong開kai關guan截jie然ran相xiang反fan，因yin為wei大da尺chi寸cun晶jing體ti管guan器qi件jian尺chi寸cun可ke實shi現xian低di導dao通tong電dian阻zu
，而er小xiao尺chi寸cun晶jing體ti管guan可ke實shi現xian低di電dian容rong。 ADG5412F 故障保護四通道SPST開關在許多情況下提供了很好的解決方案。這些故障保護開關的架構能夠提供10 Ω的導通電阻，在整個信號範圍內，導通電阻曲線非常平坦
，並且關斷電容僅為12 pF。

 

圖2. 采用ADG5412F四通道SPST和AD8421的平衡式PGIA。

 

了解替代方案

 

如果這些電路仍不能滿足設計要求，還可以采用其他方法來實現儀表放大器的可編程增益功能。強烈建議選擇集成式PGIA（如果有合適的）。集成式PGIA旨在實現高性能
、更小的尺寸，比分立解決方案的寄生效應更少，並且規格包含內部開關效應。AD8231, AD8250/AD8251/AD8253, 以及 LTC6915便是集成式PGIA很好的例子。此外
，還有一些更高集成度的解決方案包含此功能，如 AD7124-8 和ADAS3022.

 

結論

 

儀(yi)表(biao)放(fang)大(da)器(qi)是(shi)在(zai)芯(xin)片(pian)級(ji)盡(jin)可(ke)能(neng)保(bao)持(chi)平(ping)衡(heng)的(de)高(gao)精(jing)度(du)元(yuan)件(jian)，以(yi)實(shi)現(xian)共(gong)模(mo)抑(yi)製(zhi)。使(shi)用(yong)固(gu)態(tai)開(kai)關(guan)的(de)確(que)有(you)可(ke)能(neng)構(gou)建(jian)可(ke)編(bian)程(cheng)增(zeng)益(yi)儀(yi)表(biao)放(fang)大(da)器(qi)，但(dan)是(shi)這(zhe)種(zhong)方(fang)式(shi)也(ye)非(fei)常(chang)容(rong)易(yi)使(shi)儀(yi)表(biao)放(fang)大(da)器(qi)失(shi)去(qu)其(qi)特(te)有(you)的(de)平(ping)衡(heng)
，同(tong)時(shi)降(jiang)低(di)電(dian)路(lu)精(jing)度(du)。為(wei)了(le)進(jin)行(xing)必(bi)要(yao)的(de)取(qu)舍(she)，需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)開(kai)關(guan)的(de)非(fei)理(li)想(xiang)效(xiao)應(ying)。平(ping)衡(heng)開(kai)關(guan)架(jia)構(gou)和(he)現(xian)代(dai)開(kai)關(guan)（如ADG5412F）是優化這些設計的利器。建議使用集成式PGIA

，因為它們已經在規格中考慮了開關效應。

 

 

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