利用四通道单刀单掷开关ADG1611和仪表放大器AD620构建低成本可编程增益仪表放大器电路

利用四通道单刀单掷开关ADG1611和仪表放大器AD620构建低成本可编程增益仪表放大器电路 

   (CN0146) 

下载PDF版本

打印

电路类型:	开关
优化目标:	低成本, 低失真, 低噪声, 低功耗
应用:	通信, 工业与仪器仪表, 医疗保健

电路功能与优势

具有宽动态范围的数据采集系统常常需要某种方法来调整模数转换器(ADC)的输入信号电平。为使ADC发挥最佳性能，最大输入信号应与其满量程电压匹配。这可以通过一个可编程增益放大器电路来实现。

本电路利用一个四通道单刀单掷开关(ADG1611)和一个电阻可编程仪表放大器(AD620)提供可编程增益功能。

四个单刀单掷开关与四个精密电阻相连，利用这些开关便可控制外部增益设置电阻值 R_G，从而设置增益值。

在本应用中，低开关导通电阻至关重要，ADG1611具有业界最低的导通电阻 R_ON （典型值1 Ω），并且提供最小的16引脚、4 mm × 4 mm LFCSP封装。

本电路采用业界标准低成本AD620和四通道开关ADG1611组合，可实现无与伦比的性能，并提供可编程增益特性以及精密仪表放大器的所有优势。

图1. 可编程增益仪表放大器电路（原理示意图：未显示所有连接和去耦）

电路描述

图1显示该可编程增益仪表放大器电路，它由具有超低导通电阻 R_ON的±5 V四通道单刀双掷开关、业界标准仪表放大器AD620和4个0.1%标准电阻构成。

ADG1611具有超低导通电阻特性，对于低导通电阻、低失真性能至关重要的增益开关应用堪称理想解决方案。AD620是一款低成本、高精度仪表放大器，仅需要一个接在引脚1和8上的外部电阻 R_G来设置增益，增益范围为1至10,000。

设计人员利用ADG1611和AD620组合，可以通过开关 R_G的不同增益设置电阻来控制AD620的增益。本电路提供一种低功耗、低成本的可编程增益仪表放大器解决方案。

选择开关S1、S2、S3和S4的不同组合来改变 R_G，便可改变增益。通过ADG1611并行接口可以控制16种可能的增益设置。AD620的增益通过引脚1与引脚8之间的电阻进行编程设置。AD620旨在利用0.1%至1%容差电阻提供精确的增益。

利用下式很容易计算其增益：

 

图1所示是要求增益为1、50、100、500和1000的电路设置。表1显示ADG1611的控制引脚IN1至IN4，其可控制ADG620的引脚1与引脚8之间的电阻。该电路利用标准0.1%电阻来实现下面的增益设置。表中还显示信号链中加上ADG1611的导通电阻之后所获得的增益，以及温度如何影响增益。ADG1611开关具有超低导通电阻，十分理想，因为R_ON 远小于R_ON ，并且R_ON随温度的变化非常小。图2显示ADG1611 R_ON随温度变化所引起的增益误差。

 

IN1	IN2	IN3	IN4	电阻值(Ω)	增益设置（不含开关）	包括开关的总电阻(Ω)	增益设置（含ADG1611）	85°C时开关RON所引起的误差漂移%
0	0	0	0	∞	1	∞	1	0
0	0	0	1	1010	49.91	1011	49.85	0.039
0	0	1	0	499	100	500	99.8	0.079
0	1	0	0	98.8	501	99.8	496	0.394
1	0	0	0	49.3	1003	50.3	983	0.773
1	1	1	1	29.9	1653	30.3	1631	1.331

表1. 85°C时ADG1611的增益设置和误差百分比计算值

 

图2. 开关RON随温度变化所引起的增益误差

实验室中的测试电路包括一种自动开关模式，可以自动将增益从1切换至50、100、500、1000，然后再回到1。

图3显示增益从50依次切换到1000时的电路波形。

图3. 显示增益从50依次切换到1000的AD620输出

ADG1611和AD620的组合提供低成本、高精度的可编程增益仪表放大器解决方案，可实现16级可编程增益。

为了使本文所讨论的电路达到理想的性能，必须采用出色的布局、接地和去耦技术（请参考教程MT-031 和 教程MT-101）。至少应采用四层PCB：一层为接地层，一层为电源层，另两层为信号层。

常见变化

虽然经过测试的电路使用业界标准AD620，但其它仪表放大器也适用。

AD8221提供低成本的8引脚SOIC和8引脚MSOP两种封装，且两种形式均能提供业界最佳性能。MSOP只需SOIC一半的电路板空间，因此非常适合多通道或空间受限的应用。

AD8220是一款单电源、JFET输入仪表放大器，同样采用MSOP封装。AD8220和AD8221均使用与AD620相同的增益设置电阻值。