如何使用仪表放大器获得更宽的动态范围

　　通常为了使仪表放大器具有更大的动态范围，也是为了实现高精度传感器测量动态范围的最大化，可能需要使用可编程增益仪表放大器（PGIA）。由于大多数仪表放大器使用外部增益电阻（RG）来设置增益，似乎通过一组多路复用增益电阻就可以实现所需的可编程增益。虽然这是可能的，但在以这种方式将固态多路复用器施加于系统之前需要考虑三个主要问题：电源与信号电压的限制、开关电容和导通电阻。

　　固态 CMOS 开关需电源供电。源电压或漏极电压超过电源电压时，故障电流流过，会导致输出不正确。每个电阻 RG 引脚的电压通常处于二极管相应输入端的压降范围内;因此，该开关的信号电压范围须大于仪表放大器的输入范围。

　　考虑电容

　　该开关电容类似于将电容悬于其中一个 RG 引脚上，并保持另一个 RG 引脚不变。足够大的电容可能导致峰化或不稳定，但更容易被忽视的问题是对共模抑制比的影响。在电路板布局中，接地层一般从 Rg 引脚下方移除，因为小于 1 pF 的电容不平衡会大大降低 AC CMRR。开关电容可为几十 pF，会导致较大误差。以具有完美 CMRR 的仪表放大器为简单示例，不存在 RG，仅在一个 RG 引脚上存在电容，由电容引起的 CMRR 的估算如下： CMRR（f） = –20 × log10 （f × 2π × CRG × RF） 例如，如果内部反馈电阻 RF = 25 kΩ，CRG = 10 pF，则 10 kHz 时的 CMRR 仅为 36 dB。这表明需要使用低电容开关或平衡开关架构，如图 2 所示的 SPST 开关。根据仪表放大器的增益公式，开关的导通电阻直接影响增益。如果导通电阻足够低，以至于仍能实现所需增益，这或许可行。然而，此开关的导通电阻随漏极电压发生变化（指定为 RFLAT（ON））。开关电阻的变化使增益既依赖于共模电压，又会产生非线性效应。例如，使用 1 kΩ的 RG 和具有 10 Ω RFLAT（ON）的开关，在共模范围内会引起 1%的增益不确定性。一部分将转化为差分信号（即 2 Ω变化将会引起 2000 ppm 的非线性度）。这表明需要使用低导通电阻开关，与上述建议的低电容开关截然相反，因为大尺寸晶体管器件尺寸可实现低导通电阻，而小尺寸晶体管可实现低电容。ADG5412F 故障保护四通道 SPST 开关在许多情况下提供了很好的解决方案。这些故障保护开关的架构能够提供 10 Ω的导通电阻，在整个信号范围内，导通电阻曲线非常平坦，并且关断电容仅为 12 pF。