如何使用儀表放大器獲得更寬的動態(tài)范圍

　　通常為了使儀表放大器具有更大的動態(tài)范圍，也是為了實現(xiàn)高精度傳感器測量動態(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）來設置增益，似乎通過一組多路復用增益電阻就可以實現(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)多路復用器施加于系統(tǒng)之前需要考慮三個主要問題：電源與信號電壓的限制、開關電容和導通電阻。

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

　　考慮電容

　　該開關電容類似于將電容懸于其中一個 RG 引腳上，并保持另一個 RG 引腳不變。足夠大的電容可能導致峰化或不穩(wěn)定，但更容易被忽視的問題是對共模抑制比的影響。在電路板布局中，接地層一般從 Rg 引腳下方移除，因為小于 1 pF 的電容不平衡會大大降低 AC CMRR。開關電容可為幾十 pF，會導致較大誤差。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 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，如果內部反饋電阻 RF = 25 kΩ，CRG = 10 pF，則 10 kHz 時的 CMRR 僅為 36 dB。這表明需要使用低電容開關或平衡開關架構，如圖 2 所示的 SPST 開關。根據(jù)儀表放大器的增益公式，開關的導通電阻直接影響增益。如果導通電阻足夠低，以至于仍能實現(xiàn)所需增益，這或許可行。然而，此開關的導通電阻隨漏極電壓發(fā)生變化（指定為 RFLAT（ON））。開關電阻的變化使增益既依賴于共模電壓，又會產生非線性效應。例如，使用 1 kΩ的 RG 和具有 10 Ω RFLAT（ON）的開關，在共模范圍內會引起 1%的增益不確定性。一部分將轉化為差分信號（即 2 ?變化將會引起 2000 ppm 的非線性度）。這表明需要使用低導通電阻開關，與上述建議的低電容開關截然相反，因為大尺寸晶體管器件尺寸可實現(xiàn)低導通電阻，而小尺寸晶體管可實現(xiàn)低電容。ADG5412F 故障保護四通道 SPST 開關在許多情況下提供了很好的解決方案。這些故障保護開關的架構能夠提供 10 Ω的導通電阻，在整個信號范圍內，導通電阻曲線非常平坦，并且關斷電容僅為 12 pF。