數(shù)據(jù)采集、傳感器信號調(diào)理以及輸入信號變化范圍較大的其他應(yīng)用要求采用增益可選放大器.傳統(tǒng)的增益可選放大器在反饋環(huán)路中用開關(guān)將電阻連接至反相輸入,但開關(guān)電阻會(huì)降低放大器的噪聲性能,增加反相輸入上的電容,并提高非線性增益誤差.在使用低噪聲放大器時(shí),增加的噪聲和電容,非線性增益誤差,這些都將影響精密應(yīng)用中的精度.
圖1. 利用ADA4896-2和ADG633構(gòu)建低噪聲增益可選放大器來驅(qū)動(dòng)低阻負(fù)載
圖1所示增益可選放大器采用了一種創(chuàng)新的開關(guān)技術(shù),可以保持ADA4896-2的1nV/√Hz噪聲性能,同時(shí)降低非線性增益誤差.利用這種技術(shù),用戶可以選擇電容最小的開關(guān)來使電路的帶寬最大化.
通過ADG633三路SPDT CMOS開關(guān)實(shí)現(xiàn)的開關(guān)采用以下配置：S1A和S2A同時(shí)開啟,或者,S1B和S2B同時(shí)開啟.開關(guān)S1連接至反饋電阻的輸出端,開關(guān)S2在V1或者V2進(jìn)行采樣,在這些點(diǎn)開關(guān)電阻不影響增益.這樣可以降低增益誤差,同時(shí)保持噪聲性能不變.在所示值下,第一級放大器增益為4V/V（“A”開關(guān)開啟）或2V/V（“B”開關(guān)開啟）.開關(guān)增益的數(shù)量可通過增加開關(guān)加以擴(kuò)展,也可通過多路復(fù)用器（如4:1ADG659 或8:1ADG658）進(jìn)行擴(kuò)展.
請注意,輸出緩沖器流過S2采樣開關(guān)的非線性導(dǎo)通電阻的輸入偏置電流將產(chǎn)生失調(diào).為了補(bǔ)償該失調(diào),須將未使用的開關(guān)(S3B)置于輸出緩沖器的反饋路徑中.
另外,輸入放大器的偏置電流會(huì)導(dǎo)致因增益而異的失調(diào).由于輸入放大器和輸出緩沖器采用同一芯片,因此可以利用其偏置電流的相對匹配性來消除上述失調(diào)變化.將一個(gè)大小等于 RF2 與 RF1, 之差值的電阻與開關(guān)S2A串聯(lián),可以減少失調(diào)-電壓差.
下面的推導(dǎo)公式說明,在V1采樣可產(chǎn)生所需的信號增益,且無增益誤差.RS表示開關(guān)電阻.V2可以利用同樣的方法導(dǎo)出.
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(1) |
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S將方程1代入方程2可得,
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注意,如果VO1 yields the產(chǎn)生所需的信號增益且無增益誤差,則緩沖輸出VO2也無增益誤差.圖2所示為電路在VO2處的歸一化頻率響應(yīng).
圖2. VO2/VIN的頻率響應(yīng)