在多通道应用中使用放大器禁用功能代替多路复用器

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例如，针对信号调理和通道选择，使用集成独立禁用引脚的双 通道低功耗运算放大器 ADA4897-2 ，无需多路复用器。图3 显示两个单位增益缓冲器配置为2:1 通道选择器的简单原理 图。本文将分析三种情况： 1) 两个输入源CH0 和CH1 具有 2.5 V 直流电平和0.5 V p-p 交流信号；2) 相同信号，但两个输 入源之间具有1 V 直流失调 3) 相同直流电平，1 V p-p 交流信 号。由于每个放大器的反相和同相输入之间存在背靠背二极 管，因此差分输入电压不应超过0.7 V。

图3. 使用双通道ADA4897-2 构成2:1 多路复用器

使能放大器时，反馈功能迫使反相和同相输入相等，但禁用放 大器后，反馈环路开路，输入发生漂移。如果两个输入之间存在背靠背二极管，则输入漂移的程度也会受到限制。对于 ADA4897-2 而言，输入漂移程度不能超过二极管压降(0.7 V)， 否则背靠背二极管就会开启。为了帮助演示这一点，图4 显示 该电路的简化原理图，图中禁用了一个放大器。

图4. 图3 禁用一个放大器的简化原理图

回到我们所说的三种情况。如果CH0 和CH1 上的直流电平相 等，则二极管正向偏置之前，两个输入源之间允许存在的最大 差分交流信号为0.7 V。在第一种情况中，电路能正常工作， 因为最大差分信号仅0.5 V p-p。在第二种情况中，两个输入源 的直流失调电平大于0.7 V，因此电路不工作。在第三种情况 中，当两个输入源之间具有180°相位差时，最大差分信号可达 1 V p-p。这将导致背靠背二极管正向偏置，因此电路在这种情况下也无法工作。针对后两种情况，使用AD8041 或其他差分 输入电压足够大的放大器（表1 中的器件）将是更好的选择。

如果出于成本或性能考虑而必须使用带有背靠背二极管的放大器，并且如果无法添加额外的多路复用器，则可将放大器增 益设为1 以上，或者使用单位增益配置的反馈电阻，这样可以使问题不那么严重。第二种情况只有在使用电压反馈放大器时才会有问题，因为这种情况下不应使用单位增益反馈电阻。如需处理峰值问题，则可以使用一个电容与反馈电阻并联连接， 降低峰值电平，最小化反馈电阻效应。

图5 所示为图2 的简化原理图，但使用ADA4897-2 代替 AD8041。放大器的增益配置为2。

图5. 图2 的简化原理图，使用ADA4897-2

在该电路中，反馈电阻限制流过背靠背二极管的电流。这样可 以使二极管不会完全正向偏置，对电路形成负载。假设CH0 和CH1 具有1 V p-p，则电阻两端的最大差分信号（假定二极 管压降为0.7 V）就是1.5 V – 0.7 V = 0.8 V，相当于0.8 V/330 Ω = 2.4 mA 电流。相比负载电流，该最差情况下的电流足够低， 因此放大器应当能提供该电流，同时驱动电路的其余部分。如 有必要，可以增加反馈电阻值，以便降低电流。采用2 作为增 益值而非使用单位增益（如假定该配置下的电压反馈放大器稳 定，则可以使用单位增益反馈电阻）将允许交流输入电压倍增。 使用反馈和增益电阻时，在反相输入端增加直流偏置可以消除 CH0 和CH1 之间的失调直流电压电平。在高精度应用中，使 用非背靠背二极管的放大器可能效果更佳，因为二极管会使信 号失真，哪怕它们并未完全导通。

总之，只要所有输入背靠背二极管保持非饱和状态，就可以将 带禁用功能的放大器用作通道选择器。单位增益配置相比更高 的增益会有更多限制，该配置下增益和反馈电阻可用于限制流 过背靠背二极管的电流，消除直流偏置。若需要单位增益，可 在反馈环路中使用电阻，前提是该配置下的放大器稳定。最后， 请记住，背靠背二极管会产生失真，因此对于高精度应用而言， 使用无背靠背二极管的放大器可能是更好的选择。