如何使用儀表放大器獲得更寬的動(dòng)態(tài)范圍

　　通常為了使儀表放大器具有更大的動(dòng)態(tài)范圍，也是為了實(shí)現(xiàn)高精度傳感器測量動(dòng)態(tài)范圍的最大化，可能需要使用可編程增益儀表放大器（PGIA）。由于大多數(shù)儀表放大器使用外部增益電阻（RG）來設(shè)置增益，似乎通過一組多路復(fù)用增益電阻就可以實(shí)現(xiàn)所需的可編程增益。雖然這是可能的，但在以這種方式將固態(tài)多路復(fù)用器施加于系統(tǒng)之前需要考慮三個(gè)主要問題：電源與信號(hào)電壓的限制、開關(guān)電容和導(dǎo)通電阻。

　　固態(tài) CMOS 開關(guān)需電源供電。源電壓或漏極電壓超過電源電壓時(shí)，故障電流流過，會(huì)導(dǎo)致輸出不正確。每個(gè)電阻 RG 引腳的電壓通常處于二極管相應(yīng)輸入端的壓降范圍內(nèi);因此，該開關(guān)的信號(hào)電壓范圍須大于儀表放大器的輸入范圍。

　　考慮電容

　　該開關(guān)電容類似于將電容懸于其中一個(gè) RG 引腳上，并保持另一個(gè) RG 引腳不變。足夠大的電容可能導(dǎo)致峰化或不穩(wěn)定，但更容易被忽視的問題是對(duì)共模抑制比的影響。在電路板布局中，接地層一般從 Rg 引腳下方移除，因?yàn)樾∮?1 pF 的電容不平衡會(huì)大大降低 AC CMRR。開關(guān)電容可為幾十 pF，會(huì)導(dǎo)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(gè) RG 引腳上存在電容，由電容引起的 CMRR 的估算如下： CMRR（f） = –20 × log10 （f × 2π × CRG × RF） 例如，如果內(nèi)部反饋電阻 RF = 25 kΩ，CRG = 10 pF，則 10 kHz 時(shí)的 CMRR 僅為 36 dB。這表明需要使用低電容開關(guān)或平衡開關(guān)架構(gòu)，如圖 2 所示的 SPST 開關(guān)。根據(jù)儀表放大器的增益公式，開關(guān)的導(dǎo)通電阻直接影響增益。如果導(dǎo)通電阻足夠低，以至于仍能實(shí)現(xiàn)所需增益，這或許可行。然而，此開關(guān)的導(dǎo)通電阻隨漏極電壓發(fā)生變化（指定為 RFLAT（ON））。開關(guān)電阻的變化使增益既依賴于共模電壓，又會(huì)產(chǎn)生非線性效應(yīng)。例如，使用 1 kΩ的 RG 和具有 10 Ω RFLAT（ON）的開關(guān)，在共模范圍內(nèi)會(huì)引起 1%的增益不確定性。一部分將轉(zhuǎn)化為差分信號(hào)（即 2 ?變化將會(huì)引起 2000 ppm 的非線性度）。這表明需要使用低導(dǎo)通電阻開關(guān)，與上述建議的低電容開關(guān)截然相反，因?yàn)榇蟪叽?a target='_blank' class='arckwlink_none'>晶體管器件尺寸可實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻，而小尺寸晶體管可實(shí)現(xiàn)低電容。ADG5412F 故障保護(hù)四通道 SPST 開關(guān)在許多情況下提供了很好的解決方案。這些故障保護(hù)開關(guān)的架構(gòu)能夠提供 10 Ω的導(dǎo)通電阻，在整個(gè)信號(hào)范圍內(nèi)，導(dǎo)通電阻曲線非常平坦，并且關(guān)斷電容僅為 12 pF。