可編程增益跨阻放大器使光譜系統的動(dòng)態(tài)范圍達到最大

　　要計算系統的總噪聲，同樣可以對TIA的噪聲貢獻和PGA的噪聲貢獻求和方根，如表3所示。本例假設PGA包括一個(gè)34 kHz濾波器?？梢钥吹?，增益為10時(shí)，TIA的噪聲貢獻乘以PGA增益后出現在PGA的輸出端。

　　正如我們所預期的，PGA以10倍增益工作與PGA以1倍增益工作相比，輸出噪聲略大于10倍。

　　單增益級的噪聲優(yōu)勢

　　另一種方法是使用具有可編程增益的跨阻放大器，徹底消除PGA級。圖9顯示了具有兩個(gè)可編程跨阻增益(1 MΩ和10 MΩ)的理論電路。各跨阻電阻需要自己的電容來(lái)補償光電二極管的輸入電容。為與上例保持一致，兩種增益設置下的信號帶寬仍為34 kHz。這意味著(zhù)，應選擇一個(gè)0.47 pF電容與10 MΩ電阻并聯(lián)。這種情況下，使用1 MΩ電阻時(shí)的輸出電壓噪聲與公式12相同。使用10 MΩ跨阻增益時(shí)，較大的電阻導致較高的約翰遜噪聲、較高的電流噪聲(此時(shí)的電流噪聲乘以10 MΩ而不是1 MΩ)和較高的噪聲增益。同理，三個(gè)主要噪聲源為：

　　總輸出噪聲為：

　　在輸出端添加一個(gè)帶寬為34 kHz的單極點(diǎn)RC濾波器可降低噪聲，系統總噪聲為460 μVrms。由于增益較高，fp2 更接近信號帶寬，因此降噪效果不如使用1 MΩ增益那樣顯著(zhù)。

　　表4是兩種放大器架構的噪聲性能小結。對于10 MΩ的跨阻增益，總噪聲比兩級電路低大約12%。

　　可編程增益跨阻放大器

　　圖9顯示了一個(gè)可編程增益跨阻放大器。這是一個(gè)很好的概念設計，但模擬開(kāi)關(guān)的導通電阻和漏電流會(huì )引入誤差。導通電阻引起電壓和溫度相關(guān)的增益誤差，漏電流引起失調誤差，特別是在高溫時(shí)。

　　圖10所示電路在每個(gè)跨阻分支中使用兩個(gè)開(kāi)關(guān)，從而避免了上述問(wèn)題。雖然它需要的開(kāi)關(guān)數量加倍，但左側開(kāi)關(guān)的導通電阻在反饋環(huán)路內，因此輸出電壓僅取決于通過(guò)所選電阻的電流。右側開(kāi)關(guān)看似輸出阻抗，如果放大器驅動(dòng)ADC驅動(dòng)器等高阻抗負載，它產(chǎn)生的誤差可忽略不計。

　　圖10電路適用于DC和低頻，但在關(guān)斷狀態(tài)下，開(kāi)關(guān)上的寄生電容是另一大難題。這些寄生電容在圖10中標記為Cp，將未使用的反饋路徑連接到輸出端，因此會(huì )降低整體帶寬。圖11顯示這些電容最終如何連接到未選擇的增益分支，從而將跨阻增益變?yōu)檫x定增益與未選定增益衰減版本的并聯(lián)組合。