简介
数据收集体系(DAQ)在许多职业运用广泛，例如研讨、剖析、规划验证、制作和测验等。这些体系与各种传感器接口，然后给前端规划带来应战。有必要考虑不同传感器的灵敏度，例如，体系或许需求衔接最大输出为10
mV和灵敏度为微伏以下的负载传感器，一同还要衔接针对10
V输出而预调度的传感器。只要一个增益时，体系需求具有十分高的分辨率来检测两个输入。即便如此，在最低输入时信噪比(SNR)也会受影响。
在这些运用中，可编程增益外表放大器
(PGIA)是合适前端的解决方案，可习惯各种传感器接口的灵敏度，一同优化SNR。集成PGIA可完成杰出的直流和沟通标准。本文评论各种集成PGIA及其优势。文中还会评论相关约束，以及为满意特定要求而构建分立PGIA时应遵从的辅导准则。
集成PGIA
ADI公司的产品系列中有许多集成PGIA。集成PGIA具有规划时刻更短、尺度更小的优势。数字可调增益经过内部精细电阻阵列完成。为了优化增益、CMRR和失调，能够对这些电阻阵列进行片内调整，然后取得杰出的全体直流功能。还能够运用规划技巧来完成紧凑的IC布局，使寄生效应最小，并供给超卓的匹配，发生杰出的沟通功能。因为这些长处，如果有契合规划要求的PGIA，强烈主张挑选这样的器材。表1列出了可用的集成PGIA以及一些要害标准。
PGIA的挑选取决于运用。AD825x因为具有快速树立时刻和高压摆率，在多路复用体系中十分有用。AD8231和LTC6915选用零漂移架构，适用于需求在很宽温度范围内供给精度功能的体系。
表1.可编程增益外表放大器标准
表2.DAQ体系标准
还有许多器材集成多路复用器、PGIA和ADC以构成完好的DAQ解决方案。实例有ADAS3022、ADAS3023和AD7124-8。
这些解决方案的挑选首要取决于输入信号源的标准。AD7124-8针对需求极高精度的慢速运用而规划，例如温度和压力丈量。ADAS3022和ADAS3023适用于相对较高带宽的运用，例如进程操控或电力线监控，但其功耗高于AD7124-8。
完成分立PGIA
一些体系或许有一两个标准是上述集成器材无法满意的。一般，若存在以下要求，则用户需求运用分立器材构建自己的PGIA：
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需求更高带宽的多路复用体系，扫描速率十分高
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超低功耗
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体系需求定制的增益或衰减
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高阻抗传感器的低输入偏置电流
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极低噪声
规划分立PGIA常用的办法之一是运用具有所需输入特性的外表放大器，例如低噪声AD8421，并调配一个多路复用器来切换增益电阻以改动增益。
图1.AD8421和用于切换增益的多路复用器
在这种装备中，多路复用器的导通电阻实际上与增益电阻串联。该导通电阻随漏极上的电压而改动，这就带来一个问题。图2取自ADG1208数据手册，展现了这种联系。
图2.ADG1208的导通电阻与漏极电压的联系
导通电阻和增益电阻的串联组合导致增益呈现非线性差错。这意味着增益将随共模电压而改动，这是很欠好的。例如，AD8421需求1.1
kΩ的增益电阻以取得10倍增益。关于ADG1208，当源极或漏极电压改动±15
V时，导通电阻改动起伏高达40Ω，由此发生的增益非线性差错约为3%。若增益更大，该差错将变得愈加显着，导通电阻乃至或许变得与增益电阻适当。
或许，能够运用低导通电阻的多路复用器来下降这种影响，但相应的价值是输入电容会更高。表3经过比较ADG1208和ADG1408说明晰这一点。
表3.多路复用器中导通电阻与电容的权衡
开关的输入电容会导致图1所示装备发生另一个问题，因为任何给定三引脚运放外表放大器上的RG引脚都对电容十分灵敏。开关电容或许导致该电路呈现峰化或不稳定。更大的问题是RG引脚上的电容不平衡导致沟通共模抑制比(CMRR)下降，而CMRR是外表放大器的一项要害标准。图3中的仿真图显现了AD8421的增益引脚上运用不同多路复用器时CMRR的下降状况。该图清楚地标明，跟着电容的添加，CMRR降幅更大。
图3.运用不同开关得到的仿真CMRR
为了减小沟通CMRR降幅，最好的解决方案是保证RG引脚具有相同的阻抗。这能够经过平衡电阻并将开关元件放置在两个电阻之间来完成，如图4所示。在这种状况下，因为开关两头固有的电容不平衡，多路复用器不起作用。此外，因为多路复用器的漏极短接在一同，RG引脚的一侧只能运用一个电阻，这仍然会导致不平衡。
图4.运用平衡装备的分立PGIA
在这种状况下，主张运用四通道SPST开关，例如ADG5412F。除了开关支撑灵敏地运用平衡电阻之外，漏极和源极的电容也是平衡的，CMRR降幅因而减小。图5比较了AD8421的增益引脚上运用多路复用器与运用四通道SPST开关两种状况下的沟通CMRR。
图5.SPST开关与多路复用器装备两种状况下的CMRR仿真
