PGA своими руками

Сколько раз ни пытался применить готовые PGA (усилитель с программируемым Ку), ни разу не мог подобрать подходящий. Либо сетка коэффициентов не устраивает, либо (в основном) высокая цена, а часто особенности схемотехники. В результате пришлось изобрести свой.

Казалось бы, чего проще — операционник и коммутатор в цепи ОС, переключающий резисторы нужных номиналов.
Типа:


Как известно, Ку такого усилителя будет определяться соотношением Ку = R2..R5 / R1, выбор задается по адресным входам А0, А1. Вроде все ничего, но есть одно но. Как правило, КМОП-ключи имеют некоторое внутреннее сопротивление, и оно редко меньше 1 Ом, а может достигать и десятков. При этом однозначно нормировать его нельзя, т.к. этот параметр может изменяться как от экземпляра к экземпляру, так и от внешних условий — температуры, амплитуды сигнала и т.д.

Чем это грозит? Тем, что сопротивление ключа вносится в Rос и изменяет Ку. Если требования к точности невысокие и ключ достаточно низкоомный, можно пренебречь внутренним сопротивлением или взять типовое значение из даташита. Однако, если речь идет о прецизионных измерениях, закрывать на это глаза уже нельзя.

Что же делать? Нужно попытаться вынести добавку «за скобки». К счастью, нам повезло :) и коммутатор оказался двухсекционным. Легким движением руки…

… получаем усилитель, не зависящий от капризов природы.

Что произошло? Теперь при подключении любого из резисторов обратной связи мы берем выходное напряжение не с выхода операционника, где оно содержит добавку, обусловленную падением на ключе, а непосредственно с Rос, которое в точности определяется первоначальной формулой, ибо входной ток через R1 уравновешивается выходным через Rос, и напряжение на Rос зависит только от соотношения резисторов. Добавка, обусловленная дополнительным сопротивлением ключа коммутатора, на нем же и осталась.

Эту схему я придумал сам, некоторое время ощущая себя в определенном смысле гением :) пока не наткнулся на описание схемотехники китайского RLC-метра, который срисовали со старинного agilent. Ну и там увидел свой «велосипед». То есть, это вполне стандартный трюк, которым я с удовольствием и делюсь с уважаемым сообществом.

Дополнительный бонус обнаружился при разводке данной конкретной схемы. Кто попробует, поймет, о чем я :)

Спасибо за внимание, успехов в творчестве.