使用PGIA以免開(kāi)關(guān)寄生電容燃燒

可編程增益儀表放大器通常用于最大程度地擴大精密傳感器測量的動(dòng)態(tài)范圍。 多數儀表放大器使用外部增益電阻Rg設置增益，因此所需增益可通過(guò)對一組電阻進(jìn)行多路復用實(shí)現。 然而，通過(guò)這種方式實(shí)施系統前，須考慮三大主要問(wèn)題： 電源限制、開(kāi)關(guān)電容和導通電阻。

作者：ADI公司產(chǎn)品應用工程師Scott Hunt。

固態(tài)CMOS開(kāi)關(guān)需電源供電。 源電壓或漏極電壓超過(guò)電源電壓時(shí)，故障電流流過(guò)，可能導致輸出或閂鎖不正確。 每個(gè)電阻Rg引腳的電壓通常處于二極管相應輸入端的壓降范圍之內，因此該開(kāi)關(guān)的信號電壓范圍須大于儀表放大器的輸入范圍。

該開(kāi)關(guān)電容類(lèi)似于懸于其中一個(gè)Rg引腳上的電容，同時(shí)保持另一個(gè)Rg引腳不變。 大電容可能導致峰化或不穩定，但對共模抑制的影響更為重要。 在PC電路板布局中，接地層一般從Rg引腳下方移除，因為小于1pF的電容不平衡會(huì )大大降低AC CMRR。 開(kāi)關(guān)電容可為幾十pF，會(huì )導致較大誤差。 可采用低電容開(kāi)關(guān)或平衡開(kāi)關(guān)架構，平分每個(gè)增益電阻，并在中心連接兩個(gè)多路復用器以便選擇。

最后，此開(kāi)關(guān)的導通電阻會(huì )影響增益。 更重要的是，此開(kāi)關(guān)的導通電阻隨漏極電壓發(fā)生變化(規定為Rflat_on)。 開(kāi)關(guān)電阻的變化及增益電阻會(huì )造成增益非線(xiàn)性度。 例如，1k的Rg和具有10 Rflat_on的開(kāi)關(guān)在共模范圍內會(huì )引起1%的增益不確定性。 一部分將轉化為差分信號(2變化將會(huì )引起2000ppm的非線(xiàn)性度)。 采用差分驅動(dòng)輸入端時(shí)，由于該開(kāi)關(guān)漏極電壓由輸入共模電壓設置，因此該平衡開(kāi)關(guān)架構為最佳方法，但增益不確定性仍然是個(gè)問(wèn)題。 可使用低導通電阻開(kāi)關(guān)，但這些開(kāi)關(guān)通常具有較高的電容。

如有可能，使用舌簧繼電器，而不是固態(tài)開(kāi)關(guān)來(lái)降低寄生電容。

另一種不太復雜、高性能的解決方案是使用集成式可編程增益儀表放大器(PGIA)，如AD8231或AD8250。 或者，采用儀表放大器(如AD8237)可實(shí)現任意的可編程增益。