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（四）

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9. 可編程跨阻放大器

　　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. 帶開爾文開關(guān)的可編程增益跨阻放大器

　　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。

　　圖11. 包括開關(guān)寄生電容的總反饋電容

　　根據(jù)所需的帶寬和反饋電阻，寄生電容可能導(dǎo)致放大器的預(yù)期行為與實(shí)測行為大不相同。例如，假設(shè)圖11中的放大器使用與上一電路相同的1 MΩ和10 MΩ值，相應(yīng)的電容分別為4.7 pF和0.47 pF，我們選擇10 MΩ增益。如果各開關(guān)具有大約0.5 pF的饋通電容，考慮寄生路徑，理想帶寬與實(shí)際帶寬的差異如圖12所示。

　　圖12. 包括寄生開關(guān)電容的跨阻增益

　　解決該問題的一種方法是將各開關(guān)替換為兩個(gè)串聯(lián)開關(guān)。這樣，寄生電容將減半，但需要更多元件。圖13顯示了這種方法。

　　圖13. 增加串聯(lián)開關(guān)以降低總寄生電容

　　如果應(yīng)用需要更高的帶寬，第三種方法是利用SPDT開關(guān)將每個(gè)未使用的輸入端連接到地。雖然各斷開開關(guān)的寄生電容仍在電路內(nèi)，但圖14b顯示了各寄生電容看起來是如何從運(yùn)算放大器的輸出端連接到地，或從未使用反饋分支的末端連接到地。從放大