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L’uso di chip multiplexer (tipicamente vari membri della famiglia 405x) per controllare il guadagno nei circuiti operazionali di elaborazione del segnale e di acquisizione dati a transimpedenza (conversione da corrente a tensione) è una pratica consolidata. L’utilizzo di un multiplexer (mux) per selezionare il resistore di feedback desiderato generalmente funziona bene, ma la mancata idealità del mux può talvolta introdurre errori di conversione significativi, o addirittura intollerabili. Ciò è dovuto principalmente, ovviamente, al fatto che il Ron (resistenza on) degli interruttori che compongono i mux è sempre maggiore di zero, e il loro Roff (resistenza off) è inferiore all’infinito.
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Fortunatamente, esistono topologie di circuito semplici che possono ridurre (o addirittura eliminare) il peggiore degli effetti errati di questi fastidiosi parametri di commutazione, la scelta dipende da quale (Ron o Roff) è il problema più serio in una determinata applicazione. Figura 1 illustra un trucco che cancella l’errore di Ron.
Figura 1 Annullamento dell’errore mux Ron prendendo il segnale di uscita dal lato del resistore di guadagno degli interruttori.
I valori tipici del mux Ron vanno da 100 a 1000 Ω e tendono a variare in modo significativo con il livello del segnale, la tensione di alimentazione e la temperatura del processo di fabbricazione (ad esempio, gate in polisilicio rispetto al metallo). Poiché sono elettricamente in serie con i resistori, entrano ed escono dal circuito e creano un corrispondente errore di guadagno di feedback all’uscita dell’amplificatore. Questi errori non sono troppo gravi fintanto che il resistore di impostazione del guadagno è almeno un paio di ordini di grandezza più grande di Ron come lo è R4 della Figura 1, ma possono diventare intollerabili per valori più bassi come R1.
Il circuito della Figura 1 elude completamente questi problemi impiegando un mux aggiuntivo (U1a) per prelevare il segnale di uscita, non direttamente dall’uscita di A1 sul pin 13 di U1b, ma dal pin U1b che pilota il resistore di guadagno selezionato (da R1 a R4), quindi bypassando ed eliminando l’errore Ron.
Questo per quanto riguarda Ron, ma per quanto riguarda l’altra estremità dello spettro di errori del mux switch: Roff?
Le resistenze Mux Roff dipendono anche fortemente dalla temperatura e dal processo di fabbricazione, di solito vanno da uno a centinaia di megaohm e sono effettivamente in parallelo con i resistori di impostazione del guadagno e quindi possono causare errori fastidiosi quando i resistori di guadagno sono superiori a poche decine di kiloohm . figura 2 suggerisce una soluzione alternativa quando questa è la situazione.
figura 2 Annullamento dell’errore mux Roff indirizzando la corrente di dispersione a terra con Rz.
I resistori Rz della Figura 2 servono a instradare le correnti di dispersione Vout/Roff di U1b a terra, lasciando che U1a blocchi solo i millivolt. Questo trucco riduce l’errore Roff di ordini di grandezza.
Naturalmente, questo stratagemma colloca efficacemente due mux Ron in serie con i resistori del set di guadagno (da R1 a R4), e quindi deve essere usato con cautela per non causare più errori di quanti ne risolvano.
Stephen WoodwardIl rapporto di con la rubrica DI dell’EDN risale a molto tempo fa. Dal suo primo contributo nel 1974 sono state accettate quasi 100 proposte.
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