图3.使用不同开关得到的仿真CMRR

为了减小交流CMRR降幅,最好的解决方案是确保RG引脚具有相同的阻抗。这可以通过平衡电阻并将开关元件放置在两个电阻之间来实现,如图4所示。在这种情况下,由于开关两端固有的电容不平衡,多路复用器不起作用。此外,由于多路复用器的漏极短接在一起,RG引脚的一侧只能使用一个电阻,这仍然会导致不平衡。

图4.使用平衡配置的分立PGIA

在这种情况下,建议使用四通道SPST开关,例如ADG5412F。除了开关支持灵活地使用平衡电阻之外,漏极和源极的电容也是平衡的,CMRR降幅因此减小。图5比较了AD8421的增益引脚上使用多路复用器与使用四通道SPST开关两种情况下的交流CMRR。

图5.SPST开关与多路复用器配置两种情况下的CMRR仿真

ADG5412F还具有低导通电阻特性,其在漏极或源极电压范围内非常平坦,如图6所示。在漏极或源极电压范围内,其额定最大值为1.1Ω。回到最初的例子,AD8421的增益为10,增益电阻为1.1 kΩ,开关只会引入0.1%的增益非线性。尽管如此,仍有一个漂移分量,其在更高增益时会更加明显。

图6.ADG5412F的导通电阻与共模电压的关系

为了消除开关的寄生电阻效应,可以使用不同架构的仪表放大器来实现任意增益。AD8420和AD8237采用间接电流反馈(ICF)架构,是要求低功耗和低带宽的应用的出色选择。在这种配置中,开关置于高阻抗检测路径中,因此增益不受开关导通电阻变化的影响。

集成可编程增益仪表放大器的应用优势与设计解决方案

图7.采用间接电流反馈的仪表放大器产品的分立PGIA

这些放大器产品的增益是通过外部电阻的比率来设置的,设置方式与同相放大器产品相同。这就为用户提供了更大的灵活性,因为增益设置电阻可以根据设计要求来选择。标准薄膜或金属膜电阻的温度系数可低至15 ppm/°C,相应的增益漂移要比使用单个外部电阻设置增益的标准仪表放大器产品更好,后者的片内和外部电阻之间的不匹配通常会将增益漂移限制在50 ppm/°C左右。为获得最佳增益误差和漂移性能,可以使用电阻网络进行容差和温度系数跟踪。不过,这要以牺牲成本为代价,因此除非确有需要,否则应优先选择分立电阻。