可編程增益儀表放大器通常用于最大程度地?cái)U(kuò)大精密傳感器測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍。 多數(shù)儀表放大器使用外部增益電阻Rg設(shè)置增益，因此所需增益可通過(guò)對(duì)一組電阻進(jìn)行多路復(fù)用實(shí)現(xiàn)。 然而，通過(guò)這種方式實(shí)施系統(tǒng)前，須考慮三大主要問(wèn)題： 電源限制、開(kāi)關(guān)電容和導(dǎo)通電阻。

作者：ADI公司產(chǎn)品應(yīng)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(dǎo)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(yīng)輸入端的壓降范圍之內(nèi)，因此該開(kāi)關(guān)的信號(hào)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(dǎo)致峰化或不穩(wěn)定，但對(duì)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?yàn)樾∮?pF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(dǎo)致較大誤差。 可采用低電容開(kāi)關(guān)或平衡開(kāi)關(guān)架構(gòu)，平分每個(gè)增益電阻，并在中心連接兩個(gè)多路復(fù)用器以便選擇。

最后，此開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻會(huì)影響增益。 更重要的是，此開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻隨漏極電壓發(fā)生變化(規(guī)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(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)(2變化將會(huì)引起2000ppm的非線(xiàn)性度)。 采用差分驅(qū)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(shè)置，因此該平衡開(kāi)關(guān)架構(gòu)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(dǎo)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(fù)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(xiàn)任意的可編程增益。