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低噪声、增益可选放大器

关键词:数据采集 放大器

时间:2023-01-19 14:04:10      来源:ADI

数据采集、传感器信号调理和其他输入信号在宽范围内变化的应用需要增益可选放大器。传统的增益可选放大器使用反馈环路中的开关将电阻连接到反相输入,但开关电阻会降低放大器的噪声性能,在反相输入端增加大量电容,并导致非线性增益误差。当使用低噪声放大器时,额外的噪声和电容尤其麻烦,非线性增益误差在精密应用中存在问题。

作者:Nathan Carter and Chilann Chan

数据采集、传感器信号调理和其他输入信号在宽范围内变化的应用需要增益可选放大器。传统的增益可选放大器使用反馈环路中的开关将电阻连接到反相输入,但开关电阻会降低放大器的噪声性能,在反相输入端增加大量电容,并导致非线性增益误差。当使用低噪声放大器时,额外的噪声和电容尤其麻烦,非线性增益误差在精密应用中存在问题。


图1.使用ADA4896-2和ADG633构建低噪声、增益可选放大器来驱动低电阻负载。

图1所示的增益可选放大器采用创新的开关技术,可保持ADA4896-2的1 nV/√Hz噪声性能,同时降低非线性增益误差。通过这种技术,用户可以选择具有最小电容的开关,以最大化电路的带宽。

这些开关采用ADG633三通道单刀双掷CMOS开关实现,配置为S1A和S2A导通,或S1B和S2B导通。开关S1连接到反馈电阻的输出端,开关S2在非线性开关电阻不影响增益的点(V1或V2)采样。这降低了增益误差,同时保持了噪声性能。如图所示值所示,当“A”开关导通时,第一级放大器增益为4 V/V,当“B”开关导通时,第一级放大器增益为2 V/V。开关增益的数量可以通过额外的开关封装或使用多路复用器(如4:1 ADG659或8:1 ADG658)来扩展。

请注意,失调是由流过S2采样开关非线性导通电阻的输出缓冲器的输入偏置电流产生的。为了补偿此偏移,请将未使用的开关(S3B)放在输出缓冲器的反馈路径中。

此外,输入放大器的偏置电流会导致增益相关失调。由于输入放大器和输出缓冲器构建在同一芯片上,因此它们的偏置电流的相对匹配可用于抵消变化的失调。放置一个电阻等于 R 之差F2和 RF1与开关 S2A 串联时,失调电压变化较小。

以下推导表明,在V1处采样可产生所需的信号增益,而不会出现增益误差。RS表示开关电阻。V2 可以使用相同的方法派生。

(1)

(2)

将等式1代入等式2,

(3)

请注意,如果VO1产生所需的信号增益,无增益误差,缓冲输出,VO2,也将没有增益误差。图2显示了电路在VO2.


图2.频率响应VO2

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