Использование микросхем мультиплексоров (как правило, различных представителей семейства 405x) для управления усилением в схемах обработки сигналов и сбора данных на трансимпедансных (преобразующих ток в напряжение) операционных усилителях является общепринятой практикой. Использование мультиплексора для выбора нужного резистора обратной связи обычно дает хорошие результаты, однако неидеальность мультиплексоров иногда может вносить значительную или даже недопустимую погрешность преобразования. В основном это связано, конечно, с тем, что RON (сопротивление в открытом состоянии) переключателей, входящих в состав мультиплексоров, всегда больше нуля, а их ROFF (сопротивление в закрытом состоянии) меньше бесконечности.
К счастью, существуют простые топологии схем, которые позволяют уменьшить (или даже устранить) худшие из эффектов, связанных с этими досадными параметрами коммутаторов, причем выбор зависит от того, какое из сопротивлений (RON или ROFF) является более серьезной проблемой в конкретном приложении. На Рисунке 1 показан прием, компенсирующий ошибку RON.
Типичные значения RON мультиплексоров варьируются от 100 до 1000 Ом и существенно зависят от технологии изготовления (например, поликремниевый или металлический затвор), уровня сигнала, напряжения питания и температуры.
Поскольку сопротивления электрически включены последовательно с резисторами, они добавляются в схему и исключаются из нее, создавая соответствующую ошибку усиления обратной связи на выходе усилителя. Эти ошибки не слишком серьезны, пока сопротивление резистора установки усиления хотя бы на пару порядков больше RON, как R4 на Рисунке 1, но могут быть недопустимыми для более низких значений, таких как R1.
Схема на Рисунке 1 полностью исключает эти проблемы за счет использования дополнительного мультиплексора (U1a), позволяющего брать сигнал, подаваемый на вывод 13 мультиплексора U1b, не непосредственно с выхода усилителя A1, а с вывода U1b, работающего на выбранный резистор установки усиления (от R1 до R4), и таким образом, обходить и устранять ошибки RON.
 |
|
| Рисунок 1. | Компенсация ошибки RON мультиплексора за счет снятия выходного сигнала со стороны вывода ключа, коммутирующего резистор установки усиления. |
Теперь с RON покончено, но как насчет другого конца спектра ошибок ключей мультиплексора – ROFF?
Сопротивления ROFF мультиплексора, также сильно зависящие от температуры и технологии изготовления, обычно варьируются от единиц до сотен мегом и фактически параллельны резисторам установки усиления, поэтому они могут быть источником неприятных ошибок, когда сопротивления резисторов, определяющих усиление, превышают несколько десятков килоом. На Рисунке 2 предлагается обходной путь для такой ситуации.
Резисторы RZ на Рисунке 2 служат для направления токов утечки VOUT/ROFF мультиплексора U1b в землю, оставляя только милливольты, которые блокируются мультиплексором U1a. Этот прием позволяет на порядки снизить погрешность, вносимую ROFF.
 |
|
| Рисунок 2. | Устранение ошибки ROFF мультиплексора путем направления тока утечки в землю с помощью резисторов RZ. |
Конечно, эта уловка фактически включает два сопротивления RON мультиплексора последовательно с резисторами установки усиления (R1–R4), поэтому ее следует использовать с осторожностью, чтобы не создать больше ошибок, чем устранить.
