圖5.SPST開關(guān)與多路復(fù)用器配置兩種情況下的CMRR仿真

ADG5412F還具有低導(dǎo)通電阻特性，其在漏極或源極電壓范圍內(nèi)非常平坦，如圖6所示。在漏極或源極電壓范圍內(nèi)，其額定最大值為1.1Ω?；氐阶畛醯睦樱珹D8421的增益為10，增益電阻為1.1 kΩ，開關(guān)只會(huì)引入0.1%的增益非線性。盡管如此，仍有一個(gè)漂移分量，其在更高增益時(shí)會(huì)更加明顯。

圖6.ADG5412F的導(dǎo)通電阻與共模電壓的關(guān)系

為了消除開關(guān)的寄生電阻效應(yīng)，可以使用不同架構(gòu)的儀表放大器來實(shí)現(xiàn)任意增益。AD8420和AD8237采用間接電流反饋(ICF)架構(gòu)，是要求低功耗和低帶寬的應(yīng)用的出色選擇。在這種配置中，開關(guān)置于高阻抗檢測(cè)路徑中，因此增益不受開關(guān)導(dǎo)通電阻變化的影響。

圖7.采用間接電流反饋的儀表放大器的分立PGIA

這些放大器的增益是通過外部電阻的比率來設(shè)置的，設(shè)置方式與同相放大器相同。這就為用戶提供了更大的靈活性，因?yàn)樵鲆嬖O(shè)置電阻可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求來選擇。標(biāo)準(zhǔn)薄膜或金屬膜電阻的溫度系數(shù)可低至15 ppm/°C，相應(yīng)的增益漂移要比使用單個(gè)外部電阻設(shè)置增益的標(biāo)準(zhǔn)儀表放大器更好，后者的片內(nèi)和外部電阻之間的不匹配通常會(huì)將增益漂移限制在50 ppm/°C左右。為獲得最佳增益誤差和漂移性能，可以使用電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行容差和溫度系數(shù)跟蹤。不過，這要以犧牲成本為代價(jià)，因此除非確有需要，否則應(yīng)優(yōu)先選擇分立電阻。

另一種解決方案，也是提供最大靈活性的解決方案，是采用分立元件的三運(yùn)放儀表放大器架構(gòu)，如圖8所示，通過多路復(fù)用器切換增益電阻。與儀表放大器相比，運(yùn)算放大器可供選擇的范圍要大得多，因此設(shè)計(jì)人員有更多選擇，這使他們能夠圍繞特定設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。濾波等特殊功能也可以內(nèi)建于第一級(jí)中。第二級(jí)的差動(dòng)放大器完善了這種架構(gòu)。

圖8.分立PGIA

輸入放大器的選擇直接取決于DAQ要求。例如，低功耗設(shè)計(jì)需要使用低靜態(tài)電流的放大器，而預(yù)期輸入端會(huì)有高阻抗傳感器的系統(tǒng)可以利用超低偏置電流的放大器來最大限度地減少誤差。應(yīng)使用雙放大器以更好地跟蹤溫度。

可以注意到，當(dāng)使用圖8所示配置時(shí)，開關(guān)的導(dǎo)通電阻也與放大器的高阻抗輸入串聯(lián)，因此它不會(huì)影響增益?；仡檶?dǎo)通電阻與開關(guān)輸入電容之間的權(quán)衡，由于對(duì)導(dǎo)通電阻的限制不復(fù)存在，所以設(shè)計(jì)可以選擇低輸入電容開關(guān)，例如ADG1209。這樣，不穩(wěn)定性和交流CMRR降低得以避免。

與之前的設(shè)計(jì)一樣，增益精度和漂移將由電阻決定?？梢赃x擇具有適當(dāng)容差和漂移，符合應(yīng)用設(shè)計(jì)要求的分立電阻。同樣，使用電阻網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)更高的精度、更好的容差和溫度跟蹤，不過成本會(huì)增加。

三運(yùn)放儀表放大器的第二級(jí)負(fù)責(zé)抑制共模電壓。此級(jí)建議使用集成電阻網(wǎng)絡(luò)的差動(dòng)放大器，以確保CMRR最佳。對(duì)于單端輸出和相對(duì)低帶寬的應(yīng)用，AD8276是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。如果需要差分輸出和更高帶寬，可以使用AD8476。第二級(jí)的另一個(gè)選擇是使用LT5400作為標(biāo)準(zhǔn)放大器周圍的增益設(shè)置電阻。這可能會(huì)占用更多的電路板空間，但另一方面又給放大器的選擇提供了更大的靈活性，用戶可以圍繞特定設(shè)計(jì)要求進(jìn)行更多設(shè)計(jì)。

應(yīng)當(dāng)注意的是，分立PGIA的布局需要小心。電路板布局的任何不平衡都會(huì)導(dǎo)致CMRR隨頻率而降低。
下表總結(jié)了每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)：

分立PGIA設(shè)計(jì)示例

圖9給出了一個(gè)針對(duì)特定設(shè)計(jì)規(guī)格而構(gòu)建的分立PGIA示例。在這種設(shè)計(jì)中，所構(gòu)建的PGIA應(yīng)具有非常低的功耗。輸入緩沖器選擇LTC2063，其電源電流很低，最大值為2μA。開關(guān)元件選擇ADG659，其電源電流很低，最大值為1μA，輸入電容也很低。