我有一个仪表放大器，但我需要更宽的动态范围，而不是单一增益。我可以通过多路复用增益电阻获得可编程增益吗？
为了最大化高精度传感器测量的动态范围，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，因此一组多路复用增益电阻似乎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应用于系统之前，有三个主要问题需要考虑：电源和信号电压的限制、开关电容和导通电阻。
图一。AD8421带多路复用器的PGIA
保持在信号电压范围内。
CMOS开关需要电源。当源极或漏极电压超过电源电压时，会有故障电流流过，导致输出不正确。每个电阻RG引脚的电压通常在二极管相应输入端的压降范围内；因此，开关的信号电压范围必须大于仪表放大器的输入范围。
考虑电容
这种开关电容类似于在一个RG引脚上悬挂一个电容，而保持另一个RG引脚不变。足够的电容可能会导致峰化或不稳定，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交流CMRR。开关电容可能为数十pF，这会导致较大的误差。以具有完美CMRR的仪表放大器为例。没有RG，但一个RG引脚上只有一个电容。由电容引起的CMRR估计如下：
例如，如果内部反馈电阻RF=25k，CRG=10 pF，则10 kHz时的CMRR仅为36 dB。这表明有必要使用低电容开关或平衡开关架构，如图2所示的SPST开关。
图二。利用ADG5412F四通道SPST和AD8421实现平衡PGIA
关于阻抗
最后，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，仍能实现所需的增益，这是可能的。然而，该开关的导通电阻随着漏极电压(表示为RFLAT(导通))而变化。电阻的变化使增益依赖于共模电压，但也会产生非线性效应。
例如，使用1kRG和10 R平坦开关(开)将导致共模范围内1%的增益不确定性。其中一部分将转换为差分信号(即2的变化将导致2000 ppm的非线性)。这表明需要使用低导通电阻开关，这与上面建议的低电容开关相反，因为大尺寸晶体管器件可以实现低导通电阻，而小尺寸晶体管可以实现低电容。
ADG5412F故障保护四通道SPST开关在许多情况下提供了良好的解决方案。这些故障保护开关的架构可以提供10的导通电阻。在整个信号范围内，导通电阻曲线非常平坦，截止电容仅为12 pF。
了解备选方案
如果这些电路仍不能满足设计要求，可以用其他方法实现仪表放大器的可编程增益功能。强烈建议选择集成PGIA(如果有合适的)。集成PGIA旨在实现比分立解决方案更高的性能、更小的尺寸和更少的寄生效应，其规格包括内部开关效应。AD8231、AD8250/AD8251/AD8253和LTC6915就是集成PGIA的典型例子。此外，一些集成度更高的解决方案包括该功能，如AD7124-8和ADAS3022。
结论
仪表放大器是一种高精度器件，尽可能在芯片级实现平衡，以实现共模抑制。利用固态开关来构建可编程增益的仪表放大器确实是可能的，但这也非常容易使仪表放大器失去其唯一的平衡并降低电路精度。为了进行必要的权衡，需要考虑开关的非理想效果。平衡开关架构和现代开关(如ADG5412F)是优化这些设计的最佳工具。推荐使用集成PGIA，因为他们在规范中已经考虑了开关效应。
