文wen章zhang中zhong指zhi出chu了le這zhe種zhong設she計ji可ke能neng存cun在zai的de缺que陷xian
，並bing展zhan示shi了le對dui可ke用yong解jie決jue方fang案an和he技ji術shu的de全quan麵mian調tiao查zha。在zai本ben文wen中zhong
，我wo將jiang介jie紹shao另ling一yi種zhong促cu進jin這zhe項xiang工gong作zuo的de工gong具ju和he方fang法fa，我wo會hui逐zhu一yi介jie紹shao每mei個ge設she計ji步bu驟zhou
，讓rang大da家jia快kuai速su掌zhang握wo使shi用yong新xin發fa布bu的de儀yi表biao放fang大da器qi創chuang建jian精jing密miPGIA所需的外部元器件值。

 

一種新的儀表放大器架構

 

常見的儀表放大器架構如圖1所示。

 

圖1. 經典儀表放大器。

 

增益由外部電阻器RG的值來設定。要使用這類器件創建PGIA
，隻需切換RG的值即可。這種切換通常使用模擬開關或多路複用器來完成。但是，模擬開關的一些非理想行為讓這項任務變得複雜——例如開關的導通電阻
、通道電容，以及通道電阻隨施加電壓的變化。

 

圖2所示為基於標準儀表放大器結構的變化版本。注意RG引腳如何被分解成±RG,S和±RG,F，單獨引出，並從器件封裝外部進行配置。

 

圖2. LT6372-1架構允許配置一些IA內部節點。

 

圖2所示的架構有一個重要的實用特性：能夠配置儀表放大器，使其可以在幾個不同的增益值之間切換
，同時將開關電阻造成的增益誤差降至最低。此特性可用於創建PGIA。

 

如上所述，任何電阻可編程儀表放大器都可以通過切換增益電阻的值來改變其增益。但是，這種做法存在明顯的缺點
，例如：

 

●     開關導通電阻(R_ON)標稱值及其變化會造成較大的增益誤差。

●     由於需要的開關R_ON值較低
，高增益值可能無法實現。

●     開關非線性會引起信號失真。這是因為信號電流直接流過R_ON

，因此其值隨電壓的任何變化都會引起失真。

 

如圖3所示，當 LT6372-1 配置為PGIA時，可以緩解這些問題，因為RG,F和RG,S引腳是單獨引出的。在這個原理圖中，惠斯登電橋（由R5至R8組成）產生的信號被放大，提供4個可能的增益值

，用戶可根據選擇的SW1開關位置進行選擇。利用 LT6372 係列 引腳排列，我們可以創建一個PGIA以通過改變RF/RG比來獲得所需的增益值。

 

圖3. LT6372-1 PGIA電橋接口，提供四種增益設置。

 

此外，作為增益誤差源的U1
、U2模擬開關R_ON被降至最低，因為它可以與輸入級反相端口及其反饋電阻串聯。這樣配置之後
，R_ON隻占內部12.1 kΩ反饋電阻總量的一小部分
，因此對增益誤差和漂移幾乎沒有影響。同樣
，由於R_ON值(zhi)隻(zhi)占(zhan)總(zong)反(fan)饋(kui)電(dian)阻(zu)的(de)一(yi)小(xiao)部(bu)分(fen)，其(qi)值(zhi)隨(sui)電(dian)壓(ya)的(de)變(bian)化(hua)幾(ji)乎(hu)不(bu)會(hui)產(chan)生(sheng)影(ying)響(xiang)
，因(yin)此(ci)開(kai)關(guan)非(fei)線(xian)性(xing)引(yin)起(qi)的(de)失(shi)真(zhen)可(ke)降(jiang)至(zhi)最(zui)低(di)。此(ci)外(wai)
，此(ci)器(qi)件(jian)的(de)輸(shu)入(ru)級(ji)由(you)電(dian)流(liu)反(fan)饋(kui)放(fang)大(da)器(qi)(CFA)架構組成
，與傳統的電壓反饋放大器相比，它本身在增益變化時所允許的帶寬或速度變化較小。1 上述所有這些因素綜合在一起
，讓我們能夠使用低成本外部模擬開關
，創建具有精密增益步進的精密PGIA。

 

圖4所示為PGIA的簡化圖
，展示了梯形電阻的不同抽頭（由總共8個模擬開關實現
，每次短接2個來設置增益）如何配置電路。在此圖中，兩個開關組由四種可能的增益值之一來描述；–RG,S和+RG,S引腳短接至RF3/RF4結。

 

圖4. LT6372-1的框圖
，以及PGIA的簡化外部連接（未顯示增益開關）。

 

用於計算外部電阻的增益的設計步驟

 

圖3顯示完整的PGIApeizhi

，baokuosuoxudekaiguan，gaipeizhikeshiyingrenyidaxiaodezengyifanwei。qizhongbaohansigekenengdezengyizhi，danshikeyitongguozaishejizhongzengjiagengduokaiguanlaizengjiagaizhi。ruqiansuoshu
，yunxupeizhiRG,F和RG,S引腳這一特性讓我們能夠增加RF來增大增益，並降低RG來減小增益
，以創建功能多樣的PGIA。為了計算增益，我們可以將反饋電阻計為內部12.1 kΩ調整電阻加上RG,F到RG,S端口連接上與RG,F串聯的其他電阻。相反
，增益設置電阻是+RG,S和-RG,S之間的總電阻。總結起來就是：

 

RF = 12.1 kΩ + 兩個輸入放大器各自上麵的RG,F和RG,S之間的電阻

 

RG = +RG,S和–RG,S之間的電阻

 

在這種配置下
，增益的可能範圍為1 V/V至1000 V/V。當U1和U2開關上的開關都設置為的短路引腳S3和D3時，對應的RF和RG值，以及產生的增益如下：

 

RF = 12.1 kΩ + 11 kΩ + 1.1 kΩ = 24.1 kΩ

 

RG = 73.2 Ω + 97.6 Ω + 73.2 Ω = 244 Ω

 

G = 1+ 2RF/RG = 1 + 2 × 24.1 kΩ/244 Ω = 199 V/V

 

很hen容rong易yi能neng夠gou看kan出chu，決jue定ding外wai部bu電dian阻zu使shi用yong哪na個ge值zhi是shi一yi個ge迭die代dai且qie彼bi此ci相xiang關guan的de過guo程cheng
，可ke能neng的de增zeng益yi值zhi相xiang互hu作zuo用yong
，對dui選xuan擇ze使shi用yong的de電dian阻zu產chan生sheng影ying響xiang。為wei了le便bian於yu參can考kao，表biao1列出了一些常見的增益值組成值，但是，還可能存在許多其他的增益組合(G)。

 

確定PGIA的值的步驟

 

我們可以使用等式1中的公式依序計算增益網絡中的單個電阻的值。該方程確定電阻的方式如圖3所標示，表1中的案例2（增益為2
、20、200和500 V/V）用作算出的示例。反饋電阻與增益設置電阻是交互式的；因此
，公式必須是當前項取決於之前項的一個係列。計算公式如下：

 

 

以下是一些定義：

 

R_F1 = 12.1 kΩ （LT6372-1的內置電阻）

 

M：增益數量（本電路為4）

 

Gi：增益實例（在本例中
，G1 – G4分別為2
、20、200或500 V/V）

 

i：在1至(M-1)之間變化
，用於計算 R_Fi + 1

 

 

等式1可用於計算任何增益組合所需的反饋電阻。一個虛擬變量(j)充當計數器，以保持之前的反饋電阻的連續總數。

 

●     在計算之前，建議先繪製與圖3所示的網絡類似的電阻網絡。該網絡中有(2 × M) – 1個電阻
，其中M =增益數。在這個示例中，M = 4，所以，電阻串中將包含7個電阻。需要針對i = 1 →(M – 1)求等式1的值。

G1 = 2, G2 = 20, G3 = 200, G4 = 500 V/V

 

根據等式2：

 

 

根據i = 1 → (M-1)，以迭代的方式求等式1的值

 

 

然後，可以使用以下等式計算中心電阻RG：

 

 

在進行最後一步計算之後，表1中的所有4個電阻值都經過計算
，設計的計算過程完成。

 

測量的性能圖

 

以下這些圖顯示了使用此PGIA配置可以實現的性能：

 

圖5. PGIA大信號頻率響應。

 

圖6. PGIA CMRR與頻率的關係。

 

ADG444的開關電容使得在最低增益設置(G1 = 2 V/V)下，小信號頻率響應出現一些明顯的峰化（參見圖7）。這種現象隻在采用較低的增益設置時才會出現，因為LT6372-1的帶寬擴展到足以受到開關的pF電容影響。解決這種副作用的方法包括，選擇電容更低的開關（例如具有5 pF電容的 ADG611/ADG612/ADG613），或者限製PGIA的最低增益設置。

 

圖7. PGIA小信號低增益峰化。

 

結論

 

本文介紹了如何利用新發布的LT6372係列器件的引腳排列為儀表放大器添加增益選擇功能。文中分析了這種PGIA的特性，並詳細說明了其設計步驟以及性能測量值。LT6372-1具有高線性度，提供精確的直流規格和性能
，因此非常適合用於此類解決方案。

 

 

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