可編程增益跨阻放大器使光譜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到最大

　　要計(jì)算系統(tǒng)的總噪聲，同樣可以對(duì)TIA的噪聲貢獻(xiàn)和PGA的噪聲貢獻(xiàn)求和方根，如表3所示。本例假設(shè)PGA包括一個(gè)34 kHz濾波器?？梢钥吹?，增益為10時(shí)，TIA的噪聲貢獻(xiàn)乘以PGA增益后出現(xiàn)在PGA的輸出端。

　　正如我們所預(yù)期的，PGA以10倍增益工作與PGA以1倍增益工作相比，輸出噪聲略大于10倍。

　　單增益級(jí)的噪聲優(yōu)勢(shì)

　　另一種方法是使用具有可編程增益的跨阻放大器，徹底消除PGA級(jí)。圖9顯示了具有兩個(gè)可編程跨阻增益(1 MΩ和10 MΩ)的理論電路。各跨阻電阻需要自己的電容來補(bǔ)償光電二極管的輸入電容。為與上例保持一致，兩種增益設(shè)置下的信號(hào)帶寬仍為34 kHz。這意味著，應(yīng)選擇一個(gè)0.47 pF電容與10 MΩ電阻并聯(lián)。這種情況下，使用1 MΩ電阻時(shí)的輸出電壓噪聲與公式12相同。使用10 MΩ跨阻增益時(shí)，較大的電阻導(dǎo)致較高的約翰遜噪聲、較高的電流噪聲(此時(shí)的電流噪聲乘以10 MΩ而不是1 MΩ)和較高的噪聲增益。同理，三個(gè)主要噪聲源為：

　　總輸出噪聲為：

　　在輸出端添加一個(gè)帶寬為34 kHz的單極點(diǎn)RC濾波器可降低噪聲，系統(tǒng)總噪聲為460 μVrms。由于增益較高，fp2 更接近信號(hào)帶寬，因此降噪效果不如使用1 MΩ增益那樣顯著。

　　表4是兩種放大器架構(gòu)的噪聲性能小結(jié)。對(duì)于10 MΩ的跨阻增益，總噪聲比兩級(jí)電路低大約12%。

　　可編程增益跨阻放大器

　　圖9顯示了一個(gè)可編程增益跨阻放大器。這是一個(gè)很好的概念設(shè)計(jì)，但模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻和漏電流會(huì)引入誤差。導(dǎo)通電阻引起電壓和溫度相關(guān)的增益誤差，漏電流引起失調(diào)誤差，特別是在高溫時(shí)。

　　圖10所示電路在每個(gè)跨阻分支中使用兩個(gè)開關(guān)，從而避免了上述問題。雖然它需要的開關(guān)數(shù)量加倍，但左側(cè)開關(guān)的導(dǎo)通電阻在反饋環(huán)路內(nèi)，因此輸出電壓僅取決于通過所選電阻的電流。右側(cè)開關(guān)看似輸出阻抗，如果放大器驅(qū)動(dòng)ADC驅(qū)動(dòng)器等高阻抗負(fù)載，它產(chǎn)生的誤差可忽略不計(jì)。

　　圖10電路適用于DC和低頻，但在關(guān)斷狀態(tài)下，開關(guān)上的寄生電容是另一大難題。這些寄生電容在圖10中標(biāo)記為Cp，將未使用的反饋路徑連接到輸出端，因此會(huì)降低整體帶寬。圖11顯示這些電容最終如何連接到未選擇的增益分支，從而將跨阻增益變?yōu)檫x定增益與未選定增益衰減版本的并聯(lián)組合。