數字可編程增益放大器應用發(fā)散指數曲線(xiàn)

與單片電路PGA不同，DENT使用分離元件，如運算放大器和開(kāi)關(guān)，所以它可以很容易地通過(guò)選擇適當的器件和電源納入參數，如I/O電壓跨度（負輸入和10V放大器）。指數生成計時(shí)的準確性和可重復性、ADC采樣和RC時(shí)間常數的穩定性限定了放大器在增益編程準確性和抖動(dòng)方面的實(shí)際性能。在示例電路中，當T=14.4ms時(shí)，1ns的放大器計時(shí)錯誤或抖動(dòng)相當于0.007%的增益編程錯誤。 值得慶幸的是，常見(jiàn)的微控制器和數據采集設備幾乎都配備有可編程定時(shí)器/計數器硬件，這通常使精確可重復的放大/跟蹤控制的數字生成變得輕而易舉。

在模擬方面，可能存在保存增益設置準確性和降低RC組件高精度要求的自校準算法，但它們已經(jīng)超出了本設計實(shí)例的討論范圍。
許多現代功率MOSFET在5V 時(shí)達到導通電阻的低值，甚至在柵極到源極電壓為5V的情況下也可達到。然而，對于大功率MOSFET，特別是絕緣柵極雙極晶體管（IGBT），工程師更希望柵極到源極電壓為12V~15V，因為這些電源開(kāi)關(guān)的導通電阻在高柵極到源極電壓情況下會(huì )進(jìn)一步降低。例如，國際整流器公司（International Rectifier）的17A額定IRFR024功率MOSFET有一個(gè)0.075Ω的導通電阻（參考文獻1）。當柵極到源極電壓為12V時(shí)，該器件的導通電阻與柵極到源極電壓為5V時(shí)的導通電阻相比，下降到其值的41％。當開(kāi)關(guān)電流為10A時(shí)，該器件的功耗比柵極到源極電壓為12V時(shí)的功耗少6W。

IC1是美國模擬器件公司（Analog Devices）推出的一款ADuM5230集成電路隔離式驅動(dòng)器。它可以將5V的輸入電壓提高到足以驅動(dòng)MOSFET導通電阻到一個(gè)低值的水平，最大限度地減少功耗（圖1）。 但是，在低開(kāi)關(guān)頻率的情況下，IC的高端內部18V箝位消耗該集成電路從低端5V電源獲得的能量（參考文獻2）。

但是，ADuM5230的輸出電壓未經(jīng)調節。 幸好，該集成電路的一個(gè)調節引腳可以用來(lái)控制設備內部脈寬調制器（PWM）的占空比，將占空比的值從1降至約0.1。當調節引腳為打開(kāi)時(shí)，默認占空比的值為0.55。當調節引腳連接到5V電源時(shí)會(huì )出現占空比的最低值。
　
IC2是安華高科技公司推出的一種ASSR-1219高級光MOSFET器件，用于控制調節引腳的電壓。該光MOSFET的輸出端之間有一個(gè)0V飽和電壓。由于經(jīng)典光耦合器具備一個(gè)雙極光電晶體管，在這種情況下用它作IC2不太合適。雙極光電晶體管有0.4V的飽和電壓，并且，一個(gè)普通光耦合器的電流傳輸比（CTR）在接近飽和輸出時(shí)將顯著(zhù)降低。 當IC1的高端輸出電壓的負載很輕或者可以忽略時(shí)，考慮將調節引腳的電壓轉為外部電壓電平。

有些時(shí)候，IC1的高端輸出電壓VISO會(huì )超過(guò)VZ(IF)+VFLED~13.5V的約值，其中VZ(IF)是D2的正向電流IF的穩壓二極管D1的電壓，VFLED是IC2的發(fā)光二極管D2中的最低正向電壓。IC1超過(guò)了這個(gè)值，電流開(kāi)始從D2流過(guò)，D2輸出的MOSFET開(kāi)始導電。 IC2的制造商為開(kāi)/關(guān)操作而設計此器件，建議使用的正向電流至少為0.5mA（參考文獻3）。

當IC2輸出的MOSFET處在信號級別負載情況下，幾十微安通過(guò)發(fā)光二極管的正向電流導致光MOSFET的導通電阻值從幾乎無(wú)窮大變?yōu)閹浊W姆。調節引腳的電壓電平上升，而IC1的兩個(gè)PWM的占空因數下降。這一行為建立了一個(gè)隔離式負電壓反饋。 因此，IC2中MOSFET和發(fā)光二極管的溫度對電路的性能影響極小。在輕負載情況下，5V電源的電流負載遠遠低于使用打開(kāi)調節引腳的IC1的電流負載。

測試時(shí)，卸載IC1的默認電源電流為約94.6 mA。在電路中有反饋的情況下，該值會(huì )降到31.7mA。在重載情況下，IC1高端的輸出電流上升到約20mA，并且占空因數自動(dòng)上升到一個(gè)高于默認電源電流的適當值。因此，輸出電壓在大約3.7mA ~ 22.6mA的范圍內為13.5V。電路的功率效率為20％或更高。在輸出電流為4.5mA的情況下，功率效率為20.5％，而IC1的功率效率約為15％。在電流為3.7mA的情況下，電路的效率可達20％。該值大大高于IC1在調節引腳開(kāi)放時(shí)的13％。