可 编 程 增 益 跨 阻 放 大 器 使 光 谱 系 统 的 动 态 范 围 达 到 最 大 作 者 :Luis Orozco 简 介 利 用 光 电 二 极 管 或 其 他 电 流 输 出 传 感 器 测 量 物 理 性 质 的 精 密 仪 器 系 统, 常 常 包 括 跨 阻 放 大 器 (TIA) 和 可 编 程 增 益 级 以 便 最 大 程 度 地 提 高 动 态 范 围 本 文 通 过 实 际 例 子 说 明 实 现 单 级 可 编 程 增 益 TIA 以 使 噪 声 最 低 并 保 持 高 带 宽 和 高 精 度 的 优 势 与 挑 战 跨 阻 放 大 器 是 所 有 光 线 测 量 系 统 的 基 本 构 建 模 块 许 多 化 学 分 析 仪 器, 如 紫 外 可 见 (UV-VIS) 或 傅 里 叶 变 换 红 外 (FT-IR) 光 谱 仪 等, 要 依 赖 光 电 二 极 管 来 精 确 识 别 化 学 成 分 这 些 系 统 必 须 能 测 量 广 泛 的 光 强 度 范 围 例 如,UV-VIS 光 谱 仪 可 测 量 不 透 明 的 样 品 ( 例 如 使 用 过 的 机 油 ) 或 透 明 物 质 ( 例 如 乙 醇 ) 另 外, 有 些 物 质 在 某 些 波 长 具 有 很 强 的 吸 收 带, 而 在 其 他 波 长 则 几 乎 透 明 仪 器 设 计 工 程 师 常 常 给 信 号 路 径 增 加 多 个 可 编 程 增 益 以 提 高 动 态 范 围 光 电 二 极 管 和 光 电 二 极 管 放 大 器 讨 论 光 电 二 极 管 放 大 器 之 前, 快 速 回 顾 一 下 光 电 二 极 管 当 光 线 照 射 其 PN 结 时, 光 电 二 极 管 会 产 生 电 压 或 电 流 图 1 显 示 的 是 等 效 电 路 该 模 型 表 示 光 谱 仪 所 用 的 典 型 器 件, 包 括 一 个 光 线 相 关 的 电 流 源, 它 与 一 个 大 分 流 电 阻 和 一 个 分 流 电 容 并 联, 该 电 容 的 容 值 范 围 是 50 pf 以 下 ( 用 于 小 型 器 件 ) 到 5000 pf 以 上 ( 用 于 超 大 型 器 件 ) 图 1. 光 电 二 极 管 模 型 图 2 显 示 了 典 型 光 电 二 极 管 的 传 递 函 数 该 曲 线 看 起 来 与 普 通 二 极 管 非 常 相 似, 但 随 着 光 电 二 极 管 接 触 到 光 线, 整 个 曲 线 会 上 下 移 动 图 2b 是 原 点 附 近 传 递 函 数 的 特 写, 此 处 无 光 线 存 在 只 要 偏 置 电 压 非 零, 光 电 二 极 管 的 输 出 就 不 是 零 此 暗 电 流 通 常 用 10 mv 反 向 偏 置 来 指 定 虽 然 用 大 反 向 偏 置 操 作 光 电 二 极 管 ( 光 导 模 式 ) 可 使 响 应 更 快, 但 用 零 偏 置 操 作 光 电 二 极 管 ( 光 伏 模 式 ) 可 消 除 暗 电 流 实 践 中, 即 使 在 光 伏 模 式 下, 暗 电 流 也 不 会 完 全 消 失, 因 为 放 大 器 的 输 入 失 调 电 压 会 在 光 电 二 极 管 引 脚 上 产 生 小 误 差 图 2. 典 型 光 电 二 极 管 传 递 函 数 在 光 伏 模 式 下 操 作 光 电 二 极 管 时, 跨 阻 放 大 器 (TIA) 可 使 偏 置 电 压 接 近 0 V, 同 时 可 将 光 电 二 极 管 电 流 转 换 为 电 压 图 3 所 示 为 TIA 的 最 基 本 形 式 直 流 误 差 源 图 3. 跨 阻 放 大 器 对 于 理 想 运 算 放 大 器, 其 反 相 输 入 端 处 于 虚 地, 光 电 二 极 管 所 有 电 流 流 经 反 馈 电 阻 R f R f 的 一 端 处 于 虚 地, 因 此 输 出 电 压 等 于 R f I d 为 使 这 种 近 似 计 算 成 立, 运 算 放 大 器 的 输 入 偏 置 电 流 和 输 入 失 调 电 压 必 须 很 小 此 外, 小 输 入 失 调 电 压 可 以 降 低 光 电 二 极 管 的 暗 电 流 一 个 很 好 的 放 大 器 选 择 是 AD8615, 室 温 下 其 最 大 漏 电 流 为 1 pa, 最 大 失 调 电 压 为 100 μv 本 例 中, 我 们 选 择 R f = 1 MΩ, 以 便 在 最 大 光 输 入 条 件 下 提 供 所 需 的 输 出 电 平 不 过, 设 计 一 个 光 电 二 极 管 放 大 器 并 不 像 为 图 3 所 示 电 路 选 择 一 个 运 算 放 大 器 那 样 简 单 如 果 只 是 将 R f = 1 MΩ 跨 接 在 运 算 放 大 器 的 反 馈 路 径 上, 光 电 二 极 管 的 分 流 电 容 会 导 致 运 算 放 大 器 振 荡 为 了 说 明 这 一 点, 表 1 显 示 了 典 型 大 面 积 光 电 二 极 管 的 C s 和 R sh 表 2 列 出 了 AD8615 的 主 要 特 性, 其 低 输 入 偏 置 电 流 低 失 调 电 压 低 噪 声 和 低 电 容 特 性 使 它 非 常 适 合 精 密 光 电 二 极 管 放 大 器 应 用 表 1. 光 电 二 极 管 规 格 参 数 符 号 值 分 流 电 容 C s 150 pf 分 流 电 阻 R sh 600 MΩ 表 2. AD8615 规 格 参 数 符 号 值 输 入 电 容 ( 差 分 ) C diff 2.5 pf 输 入 电 容 ( 共 模 ) C cm 6.7 pf 总 输 入 电 容 ( 针 对 TIA) C i = C diff + C cm 9.2 pf 增 益 带 宽 积 GBP 24 MHz 电 压 噪 声 密 度 e n 7 nv/ Hz(10 khz 时 ) 电 流 噪 声 密 度 I n 50 fa/ Hz(1 khz 时 ) Analog Dialogue 47-05 www.analog.com/zh/analogdialogue 1
图 4. 光 电 二 极 管 放 大 器 模 型 (a) 和 开 环 响 应 (b) 选 择 外 部 元 件 以 保 证 稳 定 性 图 4a 是 一 个 很 好 的 光 电 二 极 管 放 大 器 模 型 该 系 统 的 开 环 传 递 函 数 有 一 个 极 点 在 28 Hz, 由 运 算 放 大 器 的 开 环 响 应 引 起 ( 参 见 数 据 手 册 ), 还 有 一 个 极 点 是 由 反 馈 电 阻 以 及 光 电 二 极 管 的 寄 生 电 阻 和 电 容 引 起 对 于 我 们 选 择 的 元 件 值, 此 极 点 出 现 在 1 khz 处, 如 公 式 1 所 示 (1) 图 5. 使 用 1.2 pf 反 馈 电 容 的 光 电 二 极 管 放 大 器 开 环 响 应 可 编 程 增 益 TIA 设 计 可 编 程 增 益 光 电 二 极 管 放 大 器 的 一 种 方 法 是 使 用 跨 阻 放 大 器, 其 增 益 能 使 输 出 保 持 在 线 性 区 域 内, 即 便 对 于 亮 度 最 高 的 光 线 输 入 这 样, 可 编 程 增 益 放 大 器 级 就 能 在 低 光 照 条 件 下 增 强 TIA 的 输 出, 对 高 强 度 信 号 实 现 接 近 1 的 增 益, 如 图 6a 所 示 另 一 个 选 择 是 直 接 在 TIA 中 实 现 可 编 程 增 益, 消 除 第 二 级, 如 图 6b 所 示 注 意,R sh 比 R f 大 两 个 数 量 级, 因 此 公 式 1 可 简 化 为 : (1a) 每 个 极 点 导 致 开 环 传 递 函 数 相 移 90, 总 共 相 移 180, 远 低 于 开 环 幅 度 相 移 跨 过 0 db 的 频 率 如 图 4b 所 示, 缺 少 相 位 裕 量 几 乎 必 然 导 致 电 路 振 荡 为 确 保 稳 定 工 作, 可 以 放 一 个 电 容 与 R f 并 联, 从 而 给 传 递 函 数 添 加 一 个 零 点 此 零 点 可 将 传 递 函 数 跨 过 0 db 时 的 斜 率 从 40 db/ 十 倍 频 程 降 至 20 db/ 十 倍 频 程, 从 而 产 生 正 相 位 裕 量 设 计 至 少 应 具 有 45 相 位 裕 量 才 能 保 证 稳 定 性 相 位 裕 量 越 高, 则 响 铃 振 荡 越 小, 但 响 应 时 间 会 延 长 电 容 添 加 到 开 环 响 应 中 的 零 点 在 闭 环 响 应 中 变 成 极 点, 因 此 随 着 电 容 提 高, 放 大 器 的 闭 环 响 应 会 降 低 公 式 2 显 示 如 何 计 算 反 馈 电 容 以 提 供 45 相 位 裕 量 (2) 其 中,f u 是 运 算 放 大 器 的 单 位 增 益 频 率 此 C f 值 决 定 系 统 能 够 工 作 的 最 高 实 际 带 宽 虽 然 可 以 选 择 更 小 的 电 容 以 提 供 更 低 的 相 位 裕 量 和 更 高 的 带 宽, 但 输 出 可 能 会 过 度 振 荡 此 外, 所 有 元 件 都 必 须 留 有 余 地, 以 便 在 最 差 情 况 下 保 证 稳 定 性 本 例 选 择 C f = 4.7 pf, 相 应 的 闭 环 带 宽 为 34 khz, 这 是 许 多 光 谱 系 统 的 典 型 带 宽 图 5 显 示 了 增 加 反 馈 电 容 后 的 开 环 频 率 响 应 相 位 响 应 最 低 点 在 30 以 下, 但 这 与 增 益 变 为 0 db 的 频 率 相 差 数 十 倍 频 程, 因 此 放 大 器 仍 将 保 持 稳 定 图 6. (a) TIA 第 一 级 后 接 PGA;(b) 可 编 程 增 益 TIA 计 算 TIA 噪 声 跨 阻 放 大 器 有 三 个 主 要 噪 声 源 : 运 算 放 大 器 的 输 入 电 压 噪 声 输 入 电 流 噪 声 和 反 馈 电 阻 的 约 翰 逊 噪 声 所 有 这 些 噪 声 源 通 常 都 表 示 为 噪 声 密 度 要 将 单 位 转 换 为 V rms, 须 求 出 噪 声 功 率 ( 电 压 噪 声 密 度 的 平 方 ), 然 后 对 频 率 积 分 一 种 精 确 但 简 单 得 多 的 方 法 是 将 噪 声 密 度 乘 以 等 效 噪 声 带 宽 (ENBW) 的 平 方 根 可 以 将 放 大 器 的 闭 环 带 宽 建 模 为 主 要 由 反 馈 电 阻 R f 和 补 偿 电 容 C f 决 定 的 一 阶 响 应 使 用 稳 定 性 示 例 中 的 规 格, 求 得 闭 环 带 宽 为 : (3) 要 将 3 db 带 宽 转 换 为 单 极 点 系 统 中 的 ENBW, 须 乘 以 π/2: (4) 知 道 ENBW 后, 就 可 以 求 出 反 馈 电 阻 造 成 的 均 方 根 噪 声 和 运 算 放 大 器 的 电 流 噪 声 电 阻 的 约 翰 逊 噪 声 直 接 出 现 在 输 出 端, 运 算 放 大 器 的 电 流 噪 声 经 过 反 馈 电 阻 后 表 现 为 输 出 电 压 2 Analog Dialogue 47-05
(5) (6) 其 中,k 是 波 尔 兹 曼 常 数,T 是 温 度 ( 单 位 K) 最 后 一 个 来 源 是 运 算 放 大 器 的 电 压 噪 声 等 于 输 入 噪 声 乘 以 噪 声 增 益 考 虑 跨 阻 放 大 器 噪 声 增 益 的 最 佳 方 式 是 从 图 7 所 示 的 反 相 放 大 器 入 手 正 如 电 阻 噪 声 密 度, 图 8 的 密 度 转 换 为 电 压 噪 声 V rms 的 最 精 确 方 法 是 求 噪 声 密 度 的 平 方, 对 整 个 频 谱 积 分, 然 后 计 算 平 方 根 然 而, 检 查 响 应 发 现, 一 种 简 单 得 多 的 方 法 仅 产 生 很 小 的 误 差 对 于 大 多 数 系 统, 第 一 零 点 和 极 点 出 现 的 频 率 相 对 低 于 第 二 极 点 例 如, 使 用 表 1 和 表 2 所 示 的 规 格, 电 路 具 有 下 列 极 点 和 零 点 : (8) (9) 此 电 路 的 噪 声 增 益 为 : 图 7. 反 相 放 大 器 噪 声 增 益 (10) (7a) 峰 值 噪 声 为 : 使 用 图 4a 所 示 的 光 电 二 极 管 放 大 器 模 型, 噪 声 增 益 为 : (7b) 其 中,Z f 是 反 馈 电 阻 和 电 容 的 并 联 组 合,Z in 是 运 算 放 大 器 输 入 电 容 与 光 电 二 极 管 的 分 流 电 容 和 分 流 电 阻 的 并 联 组 合 此 传 递 函 数 包 含 多 个 极 点 和 零 点, 手 工 计 算 将 非 常 繁 琐 然 而, 使 用 上 例 中 的 值, 我 们 可 以 进 行 粗 略 的 近 似 估 算 在 接 近 DC 的 频 率, 电 阻 占 主 导 地 位, 增 益 接 近 0 db, 因 为 二 极 管 的 分 流 电 阻 比 反 馈 电 阻 大 两 个 数 量 级 随 着 频 率 提 高, 电 容 的 阻 抗 降 低, 开 始 成 为 增 益 的 主 导 因 素 由 于 从 运 算 放 大 器 反 相 引 脚 到 地 的 总 电 容 远 大 于 反 馈 电 容 C f, 因 此 增 益 开 始 随 着 频 率 提 高 而 提 高 幸 运 的 是, 增 益 不 会 无 限 提 高 下 去, 因 为 反 馈 电 容 和 电 阻 形 成 的 极 点 会 阻 止 增 益 提 高, 最 终 运 算 放 大 器 的 带 宽 会 起 作 用, 使 增 益 开 始 滚 降 图 8 显 示 了 放 大 器 的 噪 声 增 益 与 频 率 的 关 系, 以 及 传 递 函 数 中 各 极 点 和 零 点 的 位 置 (11) 注 意, 与 f p2 相 比,f z1 和 f p1 出 现 在 相 对 较 低 的 频 率 简 单 地 假 设 等 于 DC 至 f p2 的 高 原 噪 声 ( 公 式 11 得 出 的 N 2 ), 这 将 大 大 简 化 所 需 的 数 学 计 算 在 这 一 假 设 下, 等 于 输 入 噪 声 密 度 乘 以 高 原 增 益, 再 乘 以 ENBW, 即 f p2 π/2: (12) 知 道 所 有 三 个 噪 声 源 的 等 效 后, 就 可 以 将 其 合 并 以 求 得 系 统 总 这 三 个 噪 声 源 彼 此 无 关 且 为 高 斯 噪 声, 因 此 可 以 求 和 方 根 (RSS), 而 不 是 将 其 相 加 使 用 RSS 合 并 多 项 时, 如 果 一 项 比 其 他 项 大 三 个 数 量 级 左 右, 结 果 将 以 该 项 为 主 (13) 图 8. 放 大 器 噪 声 增 益 传 递 函 数 图 8 的 响 应 清 楚 地 表 明, 运 算 放 大 器 的 噪 声 带 宽 远 大 于 信 号 带 宽 额 外 带 宽 没 有 其 他 作 用, 只 会 产 生 噪 声, 因 此 可 以 在 输 出 端 添 加 一 个 低 通 滤 波 器, 衰 减 信 号 带 宽 以 外 的 频 率 上 的 噪 声 添 加 一 个 34 khz 带 宽 的 单 极 点 RC 滤 波 器 可 将 电 压 噪 声 从 254 μv rms 降 至 45 μv rms, 总 噪 声 从 256 μv rms 降 至 仅 52 μv rms Analog Dialogue 47-05 3
可 编 程 增 益 级 贡 献 的 噪 声 如 果 在 跨 阻 放 大 器 之 后 添 加 一 个 PGA, 输 出 端 的 噪 声 将 是 PGA 噪 声 加 上 TIA 噪 声 乘 以 额 外 增 益 的 和 例 如, 假 设 应 用 需 要 1 和 10 的 增 益, 使 用 总 输 入 噪 声 密 度 为 10 nv/ Hz 的 PGA, 那 么 PGA 造 成 的 将 是 10 nv/ Hz 或 100 nv/ Hz 要 计 算 系 统 的 总 噪 声, 同 样 可 以 对 TIA 的 噪 声 贡 献 和 PGA 的 噪 声 贡 献 求 和 方 根, 如 表 3 所 示 本 例 假 设 PGA 包 括 一 个 34 khz 滤 波 器 可 以 看 到, 增 益 为 10 时,TIA 的 噪 声 贡 献 乘 以 PGA 增 益 后 出 现 在 PGA 的 输 出 端 表 3. TIA + PGA 架 构 的 系 统 总 噪 声 PGA 输 入 端 噪 声 G = 1 G = 10 TIA 和 RC 滤 波 器 52 μv rms 52 μv rms 520 μv rms PGA(34 khz 带 宽 ) 2.3 μv rms 2.3 μv rms 23.1 μv rms RSS 噪 声 总 和 52 μv rms 524 μv rms 表 4 是 两 种 放 大 器 架 构 的 噪 声 性 能 小 结 对 于 10 MΩ 的 跨 阻 增 益, 总 噪 声 比 两 级 电 路 低 大 约 12% 表 4. 系 统 总 噪 声 比 较 ( 可 编 程 TIA) (TIA 后 接 PGA) 增 益 = 1 52 μv rms 52 μv rms 增 益 = 10 460 μv rms 524 μv rms 可 编 程 增 益 跨 阻 放 大 器 图 9 显 示 了 一 个 可 编 程 增 益 跨 阻 放 大 器 这 是 一 个 很 好 的 概 念 设 计, 但 模 拟 开 关 的 导 通 电 阻 和 漏 电 流 会 引 入 误 差 导 通 电 阻 引 起 电 压 和 温 度 相 关 的 增 益 误 差, 漏 电 流 引 起 失 调 误 差, 特 别 是 在 高 温 时 正 如 我 们 所 预 期 的,PGA 以 10 倍 增 益 工 作 与 PGA 以 1 倍 增 益 工 作 相 比, 略 大 于 10 倍 单 增 益 级 的 噪 声 优 势 另 一 种 方 法 是 使 用 具 有 可 编 程 增 益 的 跨 阻 放 大 器, 彻 底 消 除 PGA 级 图 9 显 示 了 具 有 两 个 可 编 程 跨 阻 增 益 (1 MΩ 和 10 MΩ) 的 理 论 电 路 各 跨 阻 电 阻 需 要 自 己 的 电 容 来 补 偿 光 电 二 极 管 的 输 入 电 容 为 与 上 例 保 持 一 致, 两 种 增 益 设 置 下 的 信 号 带 宽 仍 为 34 khz 这 意 味 着, 应 选 择 一 个 0.47 pf 电 容 与 10 MΩ 电 阻 并 联 这 种 情 况 下, 使 用 1 MΩ 电 阻 时 的 输 出 电 压 噪 声 与 公 式 12 相 同 使 用 10 MΩ 跨 阻 增 益 时, 较 大 的 电 阻 导 致 较 高 的 约 翰 逊 噪 声 较 高 的 电 流 噪 声 ( 此 时 的 电 流 噪 声 乘 以 10 MΩ 而 不 是 1 MΩ) 和 较 高 的 噪 声 增 益 同 理, 三 个 主 要 噪 声 源 为 : 图 9. 可 编 程 跨 阻 放 大 器 图 10 所 示 电 路 在 每 个 跨 阻 分 支 中 使 用 两 个 开 关, 从 而 避 免 了 上 述 问 题 虽 然 它 需 要 的 开 关 数 量 加 倍, 但 左 侧 开 关 的 导 通 电 阻 在 反 馈 环 路 内, 因 此 输 出 电 压 仅 取 决 于 通 过 所 选 电 阻 的 电 流 右 侧 开 关 看 似 输 出 阻 抗, 如 果 放 大 器 驱 动 ADC 驱 动 器 等 高 阻 抗 负 载, 它 产 生 的 误 差 可 忽 略 不 计 (14) (15) (16) (17) (18) 总 为 : (19) 在 输 出 端 添 加 一 个 带 宽 为 34 khz 的 单 极 点 RC 滤 波 器 可 降 低 噪 声, 系 统 总 噪 声 为 460 μv rms 由 于 增 益 较 高,f p2 更 接 近 信 号 带 宽, 因 此 降 噪 效 果 不 如 使 用 1 MΩ 增 益 那 样 显 著 图 10. 带 开 尔 文 开 关 的 可 编 程 增 益 跨 阻 放 大 器 图 10 电 路 适 用 于 DC 和 低 频, 但 在 关 断 状 态 下, 开 关 上 的 寄 生 电 容 是 另 一 大 难 题 这 些 寄 生 电 容 在 图 10 中 标 记 为 C p, 将 未 使 用 的 反 馈 路 径 连 接 到 输 出 端, 因 此 会 降 低 整 体 带 宽 图 11 显 示 这 些 电 容 最 终 如 何 连 接 到 未 选 择 的 增 益 分 支, 从 而 将 跨 阻 增 益 变 为 选 定 增 益 与 未 选 定 增 益 衰 减 版 本 的 并 联 组 合 4 Analog Dialogue 47-05
图 11. 包 括 开 关 寄 生 电 容 的 总 反 馈 电 容 如 果 应 用 需 要 更 高 的 带 宽, 第 三 种 方 法 是 利 用 SPDT 开 关 将 每 个 未 使 用 的 输 入 端 连 接 到 地 虽 然 各 断 开 开 关 的 寄 生 电 容 仍 在 电 路 内, 但 图 14b 显 示 了 各 寄 生 电 容 看 起 来 是 如 何 从 运 算 放 大 器 的 输 出 端 连 接 到 地, 或 从 未 使 用 反 馈 分 支 的 末 端 连 接 到 地 从 放 大 器 输 出 端 到 地 的 电 容 常 常 导 致 电 路 不 稳 定 和 响 铃 振 荡, 但 在 这 种 情 况 下, 总 寄 生 电 容 仅 有 几 pf, 不 会 对 输 出 端 产 生 严 重 影 响 从 反 相 输 入 端 到 地 的 寄 生 电 容 会 与 光 电 二 极 管 的 分 流 电 容 和 运 算 放 大 器 自 有 的 输 入 电 容 相 加, 与 光 电 二 极 管 的 大 分 流 电 容 相 比, 增 加 量 微 乎 其 微 假 设 各 开 关 有 0.5 pf 的 馈 通 电 容, 运 算 放 大 器 输 出 端 将 增 加 2 pf 负 载, 大 部 分 运 算 放 大 器 都 能 毫 无 困 难 地 驱 动 根 据 所 需 的 带 宽 和 反 馈 电 阻, 寄 生 电 容 可 能 导 致 放 大 器 的 预 期 行 为 与 实 测 行 为 大 不 相 同 例 如, 假 设 图 11 中 的 放 大 器 使 用 与 上 一 电 路 相 同 的 1 MΩ 和 10 MΩ 值, 相 应 的 电 容 分 别 为 4.7 pf 和 0.47 pf, 我 们 选 择 10 MΩ 增 益 如 果 各 开 关 具 有 大 约 0.5 pf 的 馈 通 电 容, 考 虑 寄 生 路 径, 理 想 带 宽 与 实 际 带 宽 的 差 异 如 图 12 所 示 图 14. 使 用 SPDT 开 关 的 可 编 程 TIA 图 12. 包 括 寄 生 开 关 电 容 的 跨 阻 增 益 解 决 该 问 题 的 一 种 方 法 是 将 各 开 关 替 换 为 两 个 串 联 开 关 这 样, 寄 生 电 容 将 减 半, 但 需 要 更 多 元 件 图 13 显 示 了 这 种 方 法 但 是, 像 任 何 事 情 一 样, 图 14 所 示 的 方 法 也 有 缺 点 它 更 复 杂, 对 于 两 个 以 上 的 增 益 可 能 难 以 实 现 此 外, 反 馈 环 路 中 的 两 个 开 关 会 引 入 直 流 误 差 和 失 真 根 据 反 馈 电 阻 的 值 不 同, 额 外 带 宽 可 能 很 重 要, 足 以 保 证 这 种 小 误 差 不 影 响 电 路 工 作 例 如, 对 于 1 MΩ 反 馈 电 阻,ADG633 的 导 通 电 阻 在 室 温 下 产 生 大 约 50 ppm 的 增 益 误 差 和 5 μv 的 失 调 误 差 但 是, 如 果 应 用 要 求 最 高 带 宽, 那 么 可 以 说 这 是 一 个 缺 点 结 论 光 电 二 极 管 放 大 器 是 大 多 数 化 学 分 析 和 材 料 鉴 别 信 号 链 的 基 本 组 成 部 分 利 用 可 编 程 增 益, 工 程 师 可 以 设 计 仪 器 来 精 确 测 量 非 常 大 的 动 态 范 围 本 文 说 明 如 何 在 实 现 高 带 宽 和 低 噪 声 的 同 时 确 保 稳 定 性 设 计 可 编 程 增 益 TIA 涉 及 到 开 关 配 置 寄 生 电 容 漏 电 流 和 失 真 等 挑 战, 但 选 择 合 适 的 配 置 并 仔 细 权 衡 利 弊 可 以 实 现 出 色 的 性 能 作 者 简 介 Luis Orozco [luis.orozco@analog.com] 是 ADI 公 司 工 业 和 仪 器 仪 表 部 系 统 应 用 工 程 师, 主 要 涉 足 精 密 仪 器 仪 表 化 学 分 析 和 环 境 监 测 应 用 他 于 2011 年 2 月 加 入 ADI 公 司 图 13. 增 加 串 联 开 关 以 降 低 总 寄 生 电 容 Analog Dialogue 47-05 5