【導(dǎo)讀】許多應(yīng)用都需要利用增益模塊來(lái)放大弱信號(hào)或衰減大信號(hào)，使之與ADC的滿量程輸入范圍匹配。遺憾的是，采用分立放大器和外部電阻的典型增益模塊有很多缺點(diǎn)，例如低精度和漂移限制等。舉例來(lái)說(shuō)，采用標(biāo)準(zhǔn)1%、100 ppm/°C增益電阻時(shí)，初始增益誤差可能達(dá)到2%，溫漂可能達(dá)到200 ppm/°C。
一般而言，人們可以使用精密電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)精密增益設(shè)置，但這種電阻很昂貴，而且要占用寶貴的PCB空間。另外，每個(gè)電阻的溫漂情況不同，故增益也可能隨著溫度而變化。因此，人們需要一種單芯片放大器，它能放大或衰減信號(hào)，但性能不會(huì)有任何降低。
圖1和圖2所示IC框圖配置是性能更高、成本更低、尺寸更小的解決方案。就此功能而言，這種集成產(chǎn)品是尺寸最小的，電路無(wú)需其他外部元件。
圖1. 連接精密增益模塊以提供3和6的電壓增益。
圖1中的IC為AD8273，它是一款低失真、雙通道放大器，內(nèi)部具有增益設(shè)置電阻。利用四個(gè)已調(diào)整電阻，各通道可配置為高性能差動(dòng)放大器（G = ½或2）、反相放大器（G = –½或–2）或同相放大器（G = 1½或3）。將兩個(gè)放大器組合起來(lái)，可以構(gòu)建一個(gè)增益可變（¼、½、1、2、3、4和6）的增益模塊。該電路可以采用單電源或雙電源供電，最大電源電流僅為5 mA。
雖然可以采用分立方式構(gòu)建此電路，但將電阻集成在芯片上可以給電路板設(shè)計(jì)人員帶來(lái)許多好處，如直流規(guī)格更佳、交流規(guī)格更佳、生產(chǎn)成本更低等。內(nèi)部電阻經(jīng)過(guò)激光精密調(diào)整，保持嚴(yán)格匹配。相比于采用標(biāo)準(zhǔn)分立電阻的放大器設(shè)計(jì)，這種IC依賴電阻匹配的規(guī)格（如增益漂移、共模抑制、增益精度等）更好。這種集成還縮短了電路板構(gòu)建時(shí)間并提高了可靠性。
正負(fù)輸入引腳故意未接出。把這些節(jié)點(diǎn)留在內(nèi)部意味著其電容要顯著低于分立設(shè)計(jì)中的電容。由于這些節(jié)點(diǎn)的電容較低，因此環(huán)路更穩(wěn)定，AC共模抑制性能更好。
該電路支持±2.5 V（5 V單電源）至±18 V（36 V單電源）的寬電源電壓范圍，非常適合測(cè)量工業(yè)應(yīng)用中的大信號(hào)。此外，該器件的電阻分壓器結(jié)構(gòu)允許其測(cè)量超出電源的電壓。
圖2. 連接精密增益模塊以提供½和¼的電壓增益。
圖2所示的AD8273類(lèi)似電路配置提供增益為½或¼的衰減。增益模塊本身內(nèi)含兩個(gè)差動(dòng)放大器，各放大器的增益為0.5。因此，VOUT1輸出電壓提供½的精密增益，VOUT2輸出電壓提供¼的精密增益。
所有電阻都在增益模塊內(nèi)部，故精度和漂移指標(biāo)均很出色。通常，此類(lèi)電路的增益精度優(yōu)于0.1%，增益溫度系數(shù)低于5 ppm/°C。由于電路集成到一個(gè)芯片中，而不是將數(shù)個(gè)分立器件放在PCB上，所以電路板的制作速度更快且效率更高。
最后，很容易看出，集成放大器且內(nèi)置增益設(shè)置電阻的增益模塊相比于分立放大器設(shè)計(jì)有許多優(yōu)勢(shì)?？梢赃B接很多帶有片內(nèi)電阻的IC以提供各種各樣的選項(xiàng)。此外，相比于分立設(shè)計(jì)，使用片內(nèi)電阻給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了多項(xiàng)性能優(yōu)勢(shì)，因?yàn)?a target="_blank" style="text-decoration:none;" >運(yùn)算放大器電路的大多數(shù)直流性能取決于周?chē)娮璧木?。?nèi)部電阻經(jīng)過(guò)激光調(diào)整，并經(jīng)過(guò)測(cè)試以確保匹配精度。因此，該IC在增益漂移、共模抑制和增益誤差等諸多特性上都達(dá)到了很高的要求。其節(jié)省空間的封裝可減少PCB占用面積?？傊?，單芯片增益模塊可簡(jiǎn)化布局，降低成本，并自動(dòng)改善系統(tǒng)性能。
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