低噪聲增益可選放大器

標簽：模擬 電子 IT 電路

數據采集、傳感器信號調理以及輸入信號變化范圍較大的其他應用要求采用增益可選放大器。傳統的增益可選放大器在反饋環(huán)路中用開(kāi)關(guān)將電阻連接至反相輸入，但開(kāi)關(guān)電阻會(huì )降低放大器的噪聲性能，增加反相輸入上的電容，并提高非線(xiàn)性增益誤差。在使用低噪聲放大器時(shí)，增加的噪聲和電容，非線(xiàn)性增益誤差，這些都將影響精密應用中的精度。

圖1. 利用ADA4896-2和ADG633構建低噪聲增益可選放大器來(lái)驅動(dòng)低阻負載

圖1所示增益可選放大器采用了一種創(chuàng )新的開(kāi)關(guān)技術(shù)，可以保持ADA4896-2的1nV/√Hz噪聲性能，同時(shí)降低非線(xiàn)性增益誤差。利用這種技術(shù)，用戶(hù)可以選擇電容最小的開(kāi)關(guān)來(lái)使電路的帶寬最大化。

通過(guò)ADG633三路SPDT CMOS開(kāi)關(guān)實(shí)現的開(kāi)關(guān)采用以下配置：S1A和S2A同時(shí)開(kāi)啟，或者，S1B和S2B同時(shí)開(kāi)啟。開(kāi)關(guān)S1連接至反饋電阻的輸出端，開(kāi)關(guān)S2在V1或者V2進(jìn)行采樣，在這些點(diǎn)開(kāi)關(guān)電阻不影響增益。這樣可以降低增益誤差，同時(shí)保持噪聲性能不變。在所示值下，第一級放大器增益為4V/V(“A”開(kāi)關(guān)開(kāi)啟)或2V/V(“B”開(kāi)關(guān)開(kāi)啟)。開(kāi)關(guān)增益的數量可通過(guò)增加開(kāi)關(guān)加以擴展，也可通過(guò)多路復用器(如4:1ADG659 或8:1ADG658)進(jìn)行擴展。

請注意，輸出緩沖器流過(guò)S2采樣開(kāi)關(guān)的非線(xiàn)性導通電阻的輸入偏置電流將產(chǎn)生失調。為了補償該失調，須將未使用的開(kāi)關(guān)(S3B)置于輸出緩沖器的反饋路徑中。

另外，輸入放大器的偏置電流會(huì )導致因增益而異的失調。由于輸入放大器和輸出緩沖器采用同一芯片，因此可以利用其偏置電流的相對匹配性來(lái)消除上述失調變化。將一個(gè)大小等于 RF2 與 RF1， 之差值的電阻與開(kāi)關(guān)S2A串聯(lián)，可以減少失調-電壓差。

下面的推導公式說(shuō)明，在V1采樣可產(chǎn)生所需的信號增益，且無(wú)增益誤差.RS表示開(kāi)關(guān)電阻.V2可以利用同樣的方法導出。

(1)

(2)

S將方程1代入方程2可得，

(3)

注意，如果VO1 yields the產(chǎn)生所需的信號增益且無(wú)增益誤差，則緩沖輸出VO2也無(wú)增益誤差。圖2所示為電路在VO2處的歸一化頻率響應。

圖2. VO2/VIN的頻率響應