集成直流對(duì)數(shù)放大器

半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，工程師一直采用對(duì)數(shù)放大器來(lái)壓縮信號(hào)和進(jìn)行計(jì)算。盡管在計(jì)算應(yīng)用中，數(shù)字IC幾乎全部取代了對(duì)數(shù)放大器，工程師還是采用對(duì)數(shù)放大器進(jìn)行信號(hào)壓縮。因此，對(duì)數(shù)放大器仍舊是許多視頻、光纖、醫(yī)療、測(cè)試以及無(wú)線系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件。

顧名思義，對(duì)數(shù)放大器的輸出和輸入之間為對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系(由于對(duì)應(yīng)不同的底，對(duì)數(shù)函數(shù)之間僅差一個(gè)常數(shù)系數(shù)，因此對(duì)數(shù)的底并不重要)。利用對(duì)數(shù)函數(shù)，您可以壓縮系統(tǒng)信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。將寬動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)進(jìn)行壓縮有多種優(yōu)點(diǎn)。組合應(yīng)用對(duì)數(shù)放大器和低分辨率ADC通?？梢怨?jié)省電路板空間，并降低系統(tǒng)成本。否則，可能需要采用高分辨率ADC。而且，通常當(dāng)前系統(tǒng)中已經(jīng)包含低分辨率ADC，或者微控制器已內(nèi)置這種ADC。轉(zhuǎn)換成對(duì)數(shù)參數(shù)也有利于很多實(shí)際應(yīng)用，例如以分貝表示測(cè)量結(jié)果的應(yīng)用，或者轉(zhuǎn)換特性為指數(shù)或近似指數(shù)的傳感器應(yīng)用。

上世紀(jì)90年代，光纖通信領(lǐng)域開(kāi)始采用對(duì)數(shù)放大器電路來(lái)測(cè)量某些光學(xué)應(yīng)用中的光信號(hào)強(qiáng)度。在這之前，精密對(duì)數(shù)放大器IC不但成本高，而且體積也較大；只有少數(shù)電子系統(tǒng)能承擔(dān)這種高昂的成本。這些IC解決方案的唯一替代方案是采用分立元件構(gòu)建對(duì)數(shù)放大器。由分立元件構(gòu)建對(duì)數(shù)放大器不但電路板面積更大，而且通常對(duì)溫度變化敏感，必須仔細(xì)進(jìn)行設(shè)計(jì)和布板。還需要各構(gòu)成元件之間高度匹配，以便在較寬的輸入信號(hào)范圍內(nèi)保證良好的性能。從那以后，半導(dǎo)體制造商開(kāi)發(fā)出了體積更小、價(jià)格更低的集成對(duì)數(shù)放大器產(chǎn)品，其溫度特性較好并且也增加了更多功能。

對(duì)數(shù)放大器的分類(lèi)

對(duì)數(shù)放大器主要分為3類(lèi)。第一類(lèi)是直流對(duì)數(shù)放大器，一般處理變化較慢的直流信號(hào)，帶寬可達(dá)到1MHz。毫無(wú)疑問(wèn)，最普遍的實(shí)現(xiàn)方法是利用pn結(jié)固有的對(duì)數(shù)I-V傳輸特性。這些直流對(duì)數(shù)放大器采用單極性輸入(電流或者電壓)，通常是指二極管、跨二級(jí)管、線性跨導(dǎo)和跨阻對(duì)數(shù)放大器等。由于采用電流輸入，直流對(duì)數(shù)放大器通常用于監(jiān)視寬動(dòng)態(tài)范圍的單極性光電二極管電流—值或者比例值。不但光纖通信設(shè)備需要光電二極管電流監(jiān)視功能，化學(xué)和生物樣品處理設(shè)備中也可以找到這種電路。也有其它類(lèi)型的直流對(duì)數(shù)放大器，例如基于RC電路時(shí)間-電壓對(duì)數(shù)關(guān)系的對(duì)數(shù)放大器。但是這種電路一般比較復(fù)雜，彼此差異較大，分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間與信號(hào)有關(guān)，并且對(duì)溫度變化比較敏感。

第二類(lèi)對(duì)數(shù)放大器是基帶對(duì)數(shù)放大器。這類(lèi)電路處理快速變化的基帶信號(hào)，適用于需要對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行壓縮的應(yīng)用(通常是某些音頻和視頻電路)。放大器輸出與瞬時(shí)輸入信號(hào)的對(duì)數(shù)成正比。一種特殊的基帶對(duì)數(shù)放大器是“真對(duì)數(shù)放大器”，其輸入雙極性信號(hào)，并輸出與輸入極性一致的壓縮電壓信號(hào)。真對(duì)數(shù)放大器可用于動(dòng)態(tài)范圍壓縮，例如射頻IF級(jí)和醫(yī)療超聲波接收器電路等。

最后一類(lèi)對(duì)數(shù)放大器是解調(diào)對(duì)數(shù)放大器，或連續(xù)檢波對(duì)數(shù)放大器。這類(lèi)對(duì)數(shù)放大器對(duì)RF信號(hào)進(jìn)行壓縮和解調(diào)，輸出整流信號(hào)包絡(luò)的對(duì)數(shù)值。RF收發(fā)器普遍采用解調(diào)對(duì)數(shù)放大器，通過(guò)測(cè)量接收到的RF信號(hào)強(qiáng)度來(lái)控制發(fā)射器輸出功率。

經(jīng)典的直流對(duì)數(shù)放大器

在典型的基于pn結(jié)的直流對(duì)數(shù)放大器中，采用雙極型晶體管來(lái)產(chǎn)生對(duì)數(shù)I-V關(guān)系。如圖1所示，運(yùn)算放大器的反饋通路采用了晶體管(BJT)。根據(jù)所選的不同晶體管類(lèi)型(npn或者pnp)，對(duì)數(shù)放大器分別是電流吸收或者電流源出型(圖1a和1b)。采用負(fù)反饋，運(yùn)算放大器能夠?yàn)锽JT的基-射結(jié)提供足夠的輸出電壓，可確保所有輸入電流由器件的集電極吸入。注意，懸浮二極管方案會(huì)使運(yùn)放輸出電壓中包含等效輸入失調(diào)；基極接地的方法則不會(huì)出現(xiàn)這一問(wèn)題。

圖1a. 直流對(duì)數(shù)放大器的基本BJT實(shí)現(xiàn)方案，具有電流吸收輸入，產(chǎn)生負(fù)輸出電壓

圖1b. 將BJT由npn型改為pnp型，對(duì)數(shù)放大器變?yōu)殡娏髟闯鲭娐?，輸出為正極性。

增加輸入串聯(lián)電阻后，直流對(duì)數(shù)放大器也可以采用電壓輸入。采用運(yùn)算放大器的虛地作為參考端，輸入電壓通過(guò)電阻轉(zhuǎn)換為成比例的電流。顯然，運(yùn)算放大器輸入失調(diào)必須盡可能小，才能實(shí)現(xiàn)精確的電壓-電流轉(zhuǎn)換。雙極型晶體管實(shí)現(xiàn)方案對(duì)溫度變化敏感，但采用基準(zhǔn)電流和片內(nèi)溫度補(bǔ)償能夠顯著降低這種敏感性，下文將對(duì)此進(jìn)行討論。

詳細(xì)討論

在圖2所示電路中，BJT對(duì)數(shù)放大器具有兩個(gè)輸入：IIN和IREF。如上一節(jié)所述，輸入到IIN的電流使運(yùn)算放大器A1輸出相應(yīng)的電壓：

其中：k = 1.381 x 10-23 J/°K；T = 絕對(duì)溫度(°K)；q = 1.602 x 10-19°C；IC = 集電極電流(mA或與IIN和IS的單位相同)；IIN = 對(duì)數(shù)放大器輸入電流(mA或與IC和IS的單位相同)；IS = 反向飽和電流(mA或與IIN和IC的單位相同)；(在等式1中，“ln”表示自然對(duì)數(shù)。在后面的等式中，“Log10”表示以10為底的對(duì)數(shù))。

圖2. 采用兩個(gè)基本BJT輸入結(jié)構(gòu)，并從VOUT1中減去VOUT2，可在輸出端消除IS的溫度影響。剩余的“PTAT”影響，可通過(guò)選擇合適的RTD (電阻溫度探測(cè)器)以及差分放大器的增益設(shè)置電阻，使其降至最低。

盡管該表達(dá)式清楚地表明了VOUT1和IIN之間的對(duì)數(shù)關(guān)系，但是IS和kT/q項(xiàng)與溫度有關(guān)，會(huì)使VBE電壓產(chǎn)生較大的變化。為消除IS引起的溫度影響，由A3及其外圍電阻構(gòu)成差分電路，將第二個(gè)結(jié)電壓從VOUT1中減去。第二個(gè)結(jié)電壓的產(chǎn)生方式與VOUT1相似，只是輸入電流為IREF。提供兩個(gè)結(jié)的晶體管特性必須非常一致，溫度環(huán)境也必須非常接近，以實(shí)現(xiàn)正確的抵消功能。

采用IREF帶來(lái)兩個(gè)好處。第一，它能夠設(shè)置需要的x軸“對(duì)數(shù)截距”電流—使對(duì)數(shù)放大器輸出電流理論上等于零的電流。第二，除了絕對(duì)測(cè)量外，還允許用戶(hù)進(jìn)行比例測(cè)量。比例測(cè)量通常用于光學(xué)傳感器和系統(tǒng)中，在這類(lèi)系統(tǒng)中，需要將衰減后的光源與參考光源進(jìn)行對(duì)比。

等式5仍然具有溫度效應(yīng)，VDIFF與絕對(duì)溫度成正比(PTAT)。通過(guò)加入后續(xù)的溫度補(bǔ)償電路(通常是帶有電阻溫度探測(cè)器(RTD)的運(yùn)算放大器級(jí)，或者類(lèi)似器件，也是增益構(gòu)成的一部分)，能夠有效消除PTAT誤差，產(chǎn)生理想的對(duì)數(shù)放大關(guān)系：

其中，K是新的比例常數(shù)，也稱(chēng)作對(duì)數(shù)放大器增益，以V/10倍程表示。由于采用log10運(yùn)算的比例ILOG/IREF確定了ILOG大于或小于IREF的10倍程數(shù)量，乘上K之后將產(chǎn)生所需的電壓?jiǎn)挝弧?/p>

直流對(duì)數(shù)放大器非常適合采用集成設(shè)計(jì)方案，這是因?yàn)殛P(guān)鍵的溫度敏感元件可以共同放置在電路中，方便跟蹤這些元件的溫度變化。而且，在生產(chǎn)過(guò)程中，也容易微調(diào)各種剩余誤差。在對(duì)數(shù)放大器的數(shù)據(jù)資料中會(huì)詳細(xì)說(shuō)明各種剩余誤差指標(biāo)。

現(xiàn)有的直流對(duì)數(shù)放大器

圖3所示功能框圖給出了一個(gè)典型的當(dāng)代直流對(duì)數(shù)放大器(MAX4206)的結(jié)構(gòu)。與以前的放大器相似，現(xiàn)今的直流對(duì)數(shù)放大器也采用了運(yùn)算放大器輸入結(jié)構(gòu)、BJT反饋、差分放大器和溫度補(bǔ)償電路等。為省去射極的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓，重新布置了BJT晶體管電路的連接，以便于實(shí)現(xiàn)單電源工作。內(nèi)置通用運(yùn)算放大器，可用于實(shí)現(xiàn)后面的增益、失調(diào)調(diào)整甚至PID控制電路。

圖3. 典型的直流對(duì)數(shù)放大器，如MAX4206，集成了微調(diào)電位器和輸出放大器等元件。因此只需要極少的外圍元件即可正常工作。

與以前放大器不同的是，現(xiàn)在的對(duì)數(shù)放大器在微小的封裝(MAX4206采用4mm x 4mm、16引腳TQFN封裝) 內(nèi)集成了所有的電子電路。2001年以前，只能購(gòu)買(mǎi)到體積較大、采用DIP封裝的直流對(duì)數(shù)放大器，其引腳數(shù)量在14至24之間。這些早期產(chǎn)品價(jià)格保持在20至100美元之間，而現(xiàn)在的替代產(chǎn)品價(jià)格為5至15美元之間。

單電源工作是一些現(xiàn)代直流對(duì)數(shù)放大器的一項(xiàng)新革新，非常適合單電源工作的ADC/系統(tǒng)。MAX4206既可采用+2.7V至+11V單電源供電，也可采用±2.7至±5.5V雙電源供電。采用單電源供電會(huì)產(chǎn)生一個(gè)后果，即這些對(duì)數(shù)放大器通常在其輸入端保持一個(gè)典型值為0.5V的共模電壓，以正確偏置求對(duì)數(shù)BJT。由于這些對(duì)數(shù)放大器是電流輸入器件，對(duì)于大多數(shù)電流測(cè)量應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這個(gè)由內(nèi)部產(chǎn)生的共模電壓通常不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。

現(xiàn)在大部分直流對(duì)數(shù)放大器普遍提供片內(nèi)電流基準(zhǔn)。該基準(zhǔn)可連接至對(duì)數(shù)放大器的基準(zhǔn)輸入，從而可以對(duì)對(duì)數(shù)放大器的主電流輸入進(jìn)行絕對(duì)測(cè)量，而不是比例測(cè)量。對(duì)于MAX4206，其基準(zhǔn)電流通過(guò)0.5V直流電壓源、電壓-電流轉(zhuǎn)換器和一個(gè)10:1電流鏡產(chǎn)生。需要采用外部電阻來(lái)設(shè)置所需的基準(zhǔn)電流。

直流對(duì)數(shù)放大器還有另一個(gè)新特點(diǎn)，有些對(duì)數(shù)放大器提供片內(nèi)電壓基準(zhǔn)，用于調(diào)節(jié)通用運(yùn)算放大器的放大器失調(diào)。該基準(zhǔn)也可用于其它通用目的。

應(yīng)用實(shí)例

毫無(wú)疑問(wèn)，直流對(duì)數(shù)放大器的大多數(shù)應(yīng)用涉及光信號(hào)測(cè)量。通常采用兩種方案。在第一種方案中，單個(gè)光電二極管連接至對(duì)數(shù)輸入，而基準(zhǔn)電流連接至基準(zhǔn)輸入。第二種方案采用兩個(gè)光電二極管，一個(gè)連接至對(duì)數(shù)輸入，另一個(gè)連接至基準(zhǔn)輸入。需要測(cè)量光信號(hào)強(qiáng)度絕對(duì)值時(shí)采用第一種方案，第二種方案用于光信號(hào)強(qiáng)度的對(duì)數(shù)比例(“對(duì)數(shù)比”)測(cè)量。

圖4給出了這兩種方案的常用電路。在圖4(a)中，單個(gè)光電二極管通過(guò)檢測(cè)光纖連接器(1％)輻射出的光信號(hào)來(lái)測(cè)量光纖通道的光信號(hào)強(qiáng)度。圖中所示為一個(gè)PIN光電二極管，也可以采用雪崩光電二極管實(shí)現(xiàn)更高的測(cè)量靈敏度(如果采用高電壓來(lái)偏置光電二極管，應(yīng)采取正確的電源安全措施)。由于光電二極管的輸出電流通常與輸入光功率成線性關(guān)系(光電二極管靈敏度典型值為0.1A/mW)，并且MAX4206可工作于5個(gè)10倍程動(dòng)態(tài)范圍，因此這種電路能夠可靠測(cè)量10µW至1W的光纖光信號(hào)強(qiáng)度。注意，盡管MAX4206能夠保證工作在-40°C至+85°C溫度范圍內(nèi)，工作溫度和光信號(hào)頻率的變化會(huì)顯著影響光電二極管的性能。

圖4a. 通過(guò)在對(duì)數(shù)放大器輸入端放置一個(gè)光電二極管，可輕松實(shí)現(xiàn)測(cè)量光信號(hào)強(qiáng)度的對(duì)數(shù)應(yīng)用。

對(duì)于光電二極管陽(yáng)極保留用于其它電路的情況，例如許多光纖模塊中的高速跨阻放大器(TIA)，可以采用精密電流鏡/監(jiān)視器置于光電二極管陰極。MAX4007系列產(chǎn)品非常適合于這種應(yīng)用。請(qǐng)參考MAX4206和MAX4007的數(shù)據(jù)資料，了解更多詳細(xì)信息。

當(dāng)對(duì)數(shù)應(yīng)用采用兩個(gè)光電二極管時(shí)，其目的是對(duì)比基準(zhǔn)光源信號(hào)和基準(zhǔn)光源衰減后的光信號(hào)。在這種方式下，可以獨(dú)立于光源光信號(hào)強(qiáng)度(或者至少在光信號(hào)強(qiáng)度變化不大時(shí))，測(cè)量給定介質(zhì)造成的衰減。這種應(yīng)用在許多光學(xué)氣體傳感器中非常普遍。在圖4(b)中，光源輸出被等分成兩路。第一路入射到基準(zhǔn)PIN光電二極管，其陽(yáng)極饋入MAX4206的REFIIN輸入。另一路經(jīng)過(guò)90°鏡面反射，通過(guò)測(cè)試介質(zhì)，入射到另一個(gè)PIN光電二極管(連接至LOGIIN輸入)。當(dāng)基準(zhǔn)光電二極管電流校準(zhǔn)為1mA時(shí)，另一光電二極管的電流將小于或等于1mA，大小取決于光信號(hào)的衰減。通過(guò)將基準(zhǔn)輸入電流鎖定為1mA或者偏小的數(shù)值，可充分利用MAX4206的5個(gè)10倍程寬動(dòng)態(tài)范圍。

圖4b. 對(duì)數(shù)比例應(yīng)用采用兩個(gè)光電二極管，通常用于測(cè)量光信號(hào)衰減。

值得一提的是，盡管MAX4206不保證工作在10nA至1mA輸入電流范圍之外，但是器件通?？梢猿龃朔秶ぷ鳎⑷阅芫S持輸入和輸出之間的單調(diào)關(guān)系。

直流對(duì)數(shù)放大器的誤差源

現(xiàn)在的直流對(duì)數(shù)放大器仍然受到與早期產(chǎn)品一樣的限制。等式6是直流對(duì)數(shù)放大器的理想近似。為獲得盡可能精確的表達(dá)式，還必須考慮增益、偏置電流、失調(diào)和線性誤差等誤差項(xiàng)。特別是當(dāng)溫度和時(shí)間漂移導(dǎo)致這些誤差更為嚴(yán)重時(shí)，尤其需要考慮這些方面。

以下等式可更全面的反映基于BJT的直流對(duì)數(shù)放大器特性：

其中，ΔK是增益變化；IBIAS1和IBIAS2分別是LOGIIN和REFIIN輸入偏置電流。VCONF是對(duì)數(shù)一致性誤差，VOSOUT是輸出失調(diào)。前面已經(jīng)定義了K、ILOG、IREF和VOUT。在許多應(yīng)用中，偏置電流的誤差相對(duì)于輸入和基準(zhǔn)電流非常小，通常可以在誤差表達(dá)式中忽略。對(duì)數(shù)一致性誤差定義為實(shí)際輸出相對(duì)于等式6理想對(duì)數(shù)關(guān)系的最大偏移(假設(shè)其它所有誤差源已調(diào)零)。該誤差通常以差值的形式出現(xiàn)，因此可以很容易檢查出相對(duì)于理想曲線的微小偏移(圖5a)。

圖5a. 對(duì)數(shù)一致性誤差曲線通常表示為輸入電流和工作溫度的函數(shù)。

雖然其影響不會(huì)立即體現(xiàn)出來(lái)，但基準(zhǔn)電流IREF是潛在的最大誤差源，它由初始誤差、溫度漂移和器件老化造成的漂移構(gòu)成。在評(píng)估對(duì)數(shù)放大器的全部誤差預(yù)算時(shí)，應(yīng)考慮這些誤差。

圖5b中的轉(zhuǎn)換曲線顯示了這些實(shí)際變化的影響(出于演示目的，對(duì)這些影響進(jìn)行了夸大)。黑色實(shí)線表示理想/期望的情況，其對(duì)數(shù)截距為100nA，增益為1V/10倍程。如藍(lán)色虛線所示，輸出失調(diào)誤差使黑色實(shí)線向上或者向下偏移。增益誤差使由失調(diào)產(chǎn)生的偏移轉(zhuǎn)換特性曲線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并由黑色虛線標(biāo)出。藍(lán)色點(diǎn)線反映了非線性和輸出容限誤差的總體影響。

圖5b. 等式7給出的不同誤差對(duì)對(duì)數(shù)傳遞函數(shù)的影響。為清楚起見(jiàn)，夸大了各誤差。

實(shí)際上，對(duì)數(shù)放大器生產(chǎn)廠商已經(jīng)將本節(jié)中列出的多種誤差降到了最小。采用額外的校準(zhǔn)和溫度監(jiān)視手段，設(shè)計(jì)人員能夠進(jìn)一步降低這些誤差的影響。設(shè)計(jì)人員通常在對(duì)數(shù)放大器輸出數(shù)字化后，采用校準(zhǔn)表來(lái)進(jìn)行校準(zhǔn)。

直流對(duì)數(shù)放大器實(shí)現(xiàn)方案

直流對(duì)數(shù)放大器的性能與其所在電路有關(guān)。良好的設(shè)計(jì)和布板能夠最大程度降低輸入漏電流和元件的溫度特性所造成的影響。但是，僅有良好的設(shè)計(jì)和布板通常還不足以保證實(shí)現(xiàn)大多數(shù)對(duì)數(shù)放大器應(yīng)用所需的性能，特別是在輸入電流和溫度變化較大的情況下。根據(jù)不同的應(yīng)用要求和工作條件，應(yīng)采用恰當(dāng)?shù)男?zhǔn)手段來(lái)減小累積誤差。

構(gòu)建直流對(duì)數(shù)放大器時(shí)，以下一些建議可供參考。

單點(diǎn)校準(zhǔn)

這種“最低性能”的技術(shù)能夠有效地上下移動(dòng)圖5b中的原始性能曲線(藍(lán)色點(diǎn)線)，使其能夠與理想性能曲線(黑色實(shí)線)單點(diǎn)相交。在典型工作溫度下，對(duì)數(shù)放大器的兩個(gè)輸入分別輸入標(biāo)稱(chēng)輸入電流和基準(zhǔn)電流，其輸出與理想輸出之間會(huì)有一個(gè)偏差。正常工作時(shí)，從對(duì)數(shù)放大器輸出中減去該偏差值。

優(yōu)點(diǎn)：校準(zhǔn)過(guò)程迅速，可在最終產(chǎn)品測(cè)試階段進(jìn)行，并且無(wú)需大量計(jì)算。也可以采用一個(gè)微調(diào)電阻，進(jìn)行模擬校準(zhǔn)。

缺點(diǎn)：增益和失調(diào)誤差校準(zhǔn)統(tǒng)一籠統(tǒng)進(jìn)行。輸入和溫度條件不同于校準(zhǔn)條件時(shí)，校準(zhǔn)值失效。

兩點(diǎn)校準(zhǔn)

比前面的校準(zhǔn)技術(shù)稍微復(fù)雜一些，能夠產(chǎn)生更好的結(jié)果。它能夠有效地旋轉(zhuǎn)和上下移動(dòng)圖5b中的藍(lán)色點(diǎn)線，以逼近理想的黑色實(shí)線。同樣地，應(yīng)選擇典型工作溫度。輸入電流應(yīng)跨越所需的工作范圍。如果在校準(zhǔn)和工作中都采用同一個(gè)基準(zhǔn)電流，則能夠大大簡(jiǎn)化校準(zhǔn)過(guò)程。

優(yōu)點(diǎn)：校準(zhǔn)過(guò)程比較迅速，大大降低了增益和失調(diào)誤差。通過(guò)增益和失調(diào)計(jì)算，可進(jìn)行數(shù)字校準(zhǔn)；也可以采用增益和失調(diào)微調(diào)電阻，進(jìn)行模擬校準(zhǔn)。

缺點(diǎn)：輸入和溫度變化后，校準(zhǔn)值失效。

多點(diǎn)校準(zhǔn)

該技術(shù)由多個(gè)關(guān)鍵采樣點(diǎn)生成一個(gè)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)表。采樣是在恒定工作溫度下進(jìn)行的。通過(guò)在采樣點(diǎn)之間進(jìn)行插值運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)功能。

優(yōu)點(diǎn)：由于可以選擇充分多的重要輸入條件，因此，能夠大大降低增益、失調(diào)和非線性誤差。

缺點(diǎn)：需要某種形式的插值運(yùn)算，這增加了計(jì)算量。輸入和溫度變化后，校準(zhǔn)失效。

溫度調(diào)整校準(zhǔn)

與多點(diǎn)校準(zhǔn)類(lèi)似，該技術(shù)同時(shí)還考慮了測(cè)試溫度，額外增加了一個(gè)獨(dú)立變量。

優(yōu)點(diǎn)：該技術(shù)極大地降低了增益、失調(diào)、非線性誤差以及溫度變化對(duì)總誤差的影響。是高性能、小批量產(chǎn)品的不錯(cuò)選擇。

缺點(diǎn)：由于跨越整個(gè)溫度范圍進(jìn)行校準(zhǔn)，因此最終產(chǎn)品測(cè)試階段的校準(zhǔn)時(shí)間大大延長(zhǎng)。采樣數(shù)據(jù)的多維插值運(yùn)算需要占用更多的計(jì)算資源。還需要額外的溫度監(jiān)視電路。

維持合適的輸入容限

對(duì)數(shù)放大器輸出不應(yīng)靠近電源擺幅，這是因?yàn)榭拷娫磾[幅時(shí)，其源出和吸收電流的能力將受到限制。當(dāng)試圖測(cè)量的電流接近或低于基準(zhǔn)電流、或者接近最大輸入電流時(shí)，很容易忽視這一建議。選擇的基準(zhǔn)電流應(yīng)低于最低輸入電流。仔細(xì)設(shè)置增益，以保證在最大輸入電流時(shí)，輸出不會(huì)達(dá)到對(duì)數(shù)放大器最大輸出電壓。雙電源對(duì)數(shù)放大器也會(huì)有助于解決該問(wèn)題，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)設(shè)計(jì)中，相同的輸入和基準(zhǔn)電流使放大器輸出處于中間值。

優(yōu)點(diǎn)：提高了極端輸入條件下的精度和響應(yīng)時(shí)間。

缺點(diǎn)：可用輸出范圍略有降低。

元件選則

采用溫度系數(shù)較低的同一類(lèi)型外部電阻。這對(duì)于那些電阻值會(huì)影響性能的電阻(例如，基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路)來(lái)說(shuō)，尤其重要。對(duì)于受電阻比例影響的參數(shù)，如增益和失調(diào)，溫度改變所產(chǎn)生的影響較小。補(bǔ)償元件的溫度穩(wěn)定性一般不是很關(guān)鍵。為避免測(cè)量小電流時(shí)的泄漏問(wèn)題，應(yīng)考慮采用低泄漏PCB材。

優(yōu)點(diǎn)：最大程度降低由外部元件造成的性能惡化。

缺點(diǎn)：低溫度系數(shù)元件一般稍微貴一些，但考慮到它們能夠顯著提高性能，還是物有所值。

保持溫度環(huán)境一致

對(duì)數(shù)放大器電路的任何部分都不應(yīng)該與電路的其它部分處在明顯不同的溫度下。這種防范措施可保證溫度變化對(duì)所有電路的影響盡量相同。

優(yōu)點(diǎn)：校準(zhǔn)過(guò)程中消除了額外的獨(dú)立變量。

缺點(diǎn)：可能會(huì)對(duì)布局布線或者電路整體尺寸設(shè)計(jì)帶來(lái)不便。

結(jié)論

總之，直流對(duì)數(shù)放大器已經(jīng)發(fā)展為小型、易于使用的高性?xún)r(jià)比電路，非常適合某些模擬設(shè)計(jì)。對(duì)數(shù)功能可方便地壓縮寬動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)，對(duì)傳遞函數(shù)為 準(zhǔn))指數(shù)的傳感器線性化。數(shù)字化寬動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)需要高分辨率ADC，而對(duì)數(shù)函數(shù)的壓縮功能支持使用低分辨率ADC。直流對(duì)數(shù)放大器IC的電路實(shí)現(xiàn)比較直觀，只需很小的努力即可實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化。校準(zhǔn)能夠提高對(duì)數(shù)放大器的性能，但并不是所有的應(yīng)用都必須校準(zhǔn)。