可編程增益儀表放大器通常用于最大程度地擴大精密傳感器測量的動態(tài)范圍。 多數(shù)儀表放大器使用外部增益電阻Rg設(shè)置增益，因此所需增益可通過對一組電阻進(jìn)行多路復(fù)用實現(xiàn)。 然而，通過這種方式實施系統(tǒng)前，須考慮三大主要問題： 電源限制、開關(guān)電容和導(dǎo)通電阻。

作者：ADI公司產(chǎn)品應(yīng)用工程師Scott Hunt。

固態(tài)CMOS開關(guān)需電源供電。 源電壓或漏極電壓超過電源電壓時，故障電流流過，可能導(dǎo)致輸出或閂鎖不正確。 每個電阻Rg引腳的電壓通常處于二極管相應(yīng)輸入端的壓降范圍之內(nèi)，因此該開關(guān)的信號電壓范圍須大于儀表放大器的輸入范圍。

該開關(guān)電容類似于懸于其中一個Rg引腳上的電容，同時保持另一個Rg引腳不變。 大電容可能導(dǎo)致峰化或不穩(wěn)定，但對共模抑制的影響更為重要。 在PC電路板布局中，接地層一般從Rg引腳下方移除，因為小于1pF的電容不平衡會大大降低AC CMRR。 開關(guān)電容可為幾十pF，會導(dǎo)致較大誤差。 可采用低電容開關(guān)或平衡開關(guān)架構(gòu)，平分每個增益電阻，并在中心連接兩個多路復(fù)用器以便選擇。

最后，此開關(guān)的導(dǎo)通電阻會影響增益。 更重要的是，此開關(guān)的導(dǎo)通電阻隨漏極電壓發(fā)生變化(規(guī)定為Rflat_on)。 開關(guān)電阻的變化及增益電阻會造成增益非線性度。 例如，1k的Rg和具有10 Rflat_on的開關(guān)在共模范圍內(nèi)會引起1%的增益不確定性。 一部分將轉(zhuǎn)化為差分信號(2變化將會引起2000ppm的非線性度)。 采用差分驅(qū)動輸入端時，由于該開關(guān)漏極電壓由輸入共模電壓設(shè)置，因此該平衡開關(guān)架構(gòu)為最佳方法，但增益不確定性仍然是個問題。 可使用低導(dǎo)通電阻開關(guān)，但這些開關(guān)通常具有較高的電容。

如有可能，使用舌簧繼電器，而不是固態(tài)開關(guān)來降低寄生電容。

另一種不太復(fù)雜、高性能的解決方案是使用集成式可編程增益儀表放大器(PGIA)，如AD8231或AD8250。 或者，采用儀表放大器(如AD8237)可實現(xiàn)任意的可編程增益。