ZHCT476 February   2024 PGA849 , PGA855

 

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最新的可编程增益仪表放大器 (PGA) 系列用途非常广泛,其中包括差动输出器件 PGA855 和单端输出器件 PGA849。该系列基于独立于 ADC 兼容输出级的新电流反馈输入级架构而开发,可在一个集成式 IC 设计中实现出色的直流和交流性能。这些器件可以与各种传感器(例如桥式传感器或压力传感器)连接,并可用于低增益应用或衰减增益应用。该器件系列还具备其他特性,如超出电源电压多达 ±40 的输入电压保护、可选滤波以及支持输出钳位的独立电源轨。

PGA855PGA849 非常适合需要在频率测量范围内同时实现高直流精度、低噪声和低失真交流性能的应用。

GUID-20240214-SS0I-PKQX-HJZ9-CHBZWDNZLW2K-low.svg图 1 PGA855 和 PGA849 方框图

设计注意事项

  • 下游器件过压保护
  • 高达 ±40V 的输入过压保护
  • 衰减增益范围为 0.125V/V 至 16V/V
  • 可选的额外输出噪声滤波
  • 直接驱动高分辨率 ADC,高达 1MSPS

输入级采用 TI 的超 β 技术,该技术本身具有更高的输入阻抗,因此 PGA855 和 PGA849 是与高源阻抗连接的理想选择。超 β 晶体管还提供超低的输入偏置电流 (200pA)、提供 0.3pA/√Hz 的超低输入电流噪声密度;这些器件还受益于低于 5Hz 的超低 1/f 噪声转角点。该系列提供业内超低的总体信号误差,并为低增益应用提供出色的直流精度。

相较于其他出色的设计,PGA855 和 PGA849 能将总源误差降低一半以上。该系列器件可在整个温度范围内保持良好的线性度和长期稳定性,并在所有增益范围内保持出色的增益稳定性,增益误差漂移为 2ppm/°C。它还提供低失调电压 (±350μV) 和低温漂 (±1μV/°C),以及低增益误差漂移和低噪声,有助于优化校准过程的时效性和成本效益。这些器件具有出色的直流性能,是传感器连接的必然选择,请参阅数字万用表精密信号链参考设计,了解有关 PGA855 的优势示例。

GUID-20230906-SS0I-VHJZ-1QL6-CNNT9WZZ0KTN-low.svg图 2 电流噪声频谱密度与频率间的关系
GUID-20230402-SS0I-99QF-GLZB-SWQ6P9BZ8VTV-low.svg图 3 电压噪声频谱密度 (RTI) 与频率间的关系

PGA855 的输出级包含一个集成式独立全差分输出放大器 (FDA),可在所有增益范围内提供高达 10MHz 的平坦频率响应,以及 82dB(最小值)的高 CMRR。

GUID-20230320-SS0I-2NDC-LBRW-39CDKWTFN4RG-low.svg图 4 增益与频率间的关系

输出级架构经过优化,无需辅助驱动电路即可驱动高分辨率 ADC 的输入,支持采样率高达 1MSPS 的非缓冲精密 SAR ADC。PGA855 可成功用作 ADS8900B 的前端电路,ADS8900B 是一款非缓冲 20 位 SAR ADC。有关全面的电路示例和性能评估,请参阅 PGA855 数据表。PGA855 还可以驱动 ADS127L21,ADS127L21 是一款 24 位 Δ-Σ ADC,可实现 109dB 的 SNR;要了解详细电路示例和性能评估,请参阅 ADS127L21 数据表;另外,图 5 展示了评估电路。

GUID-20230828-SS0I-XDDZ-FWCP-MVZ9RMLWTVFC-low.svg图 5 PGA855 驱动 20 位 SAR ADC ADS8900B 电路

使用高分辨率精密 ADC 时,系统性能至关重要。该 PGA 系列器件通过部署反馈电容器进一步改善 SNR 性能,提供差分输出放大器环路的外部访问引脚,从而实现可选的噪声滤波。图 6 演示了驱动 ADS127L21 时的额外噪声滤波,使用 PGA855 全差分 PGA 实现超高 SNR 应用手册展示了此应用,并进一步介绍了实现方式。图 7 演示了实现可选电容器的示例电路。

GUID-20240214-SS0I-SB73-RL2B-C1FGDQRHWK84-low.svg图 6 PGA855 借助可选反馈电容器驱动 24 位 Δ-Σ ADC ADS127L21

图 7 展示了 PGA849 直接驱动 16 位 SAR ADC ADS8860 的方框图。有关详细的电路设计和信息,请参阅 PGA849 数据表

GUID-20240214-SS0I-QM2W-N4TM-SJ2TF7CWRP42-low.svg图 7 PGA849 驱动 16 位 SAR ADC ADS8860 电路示例

该系列器件的输出级采用与输入级相互独立的去耦电源 (LVSS/LVDD)。独立电源轨通过将 LVSS/LVDD 电源轨连接到下游器件的电源(通常是 ADC)来实现非钳位保护,从而保护器件免受过驱损坏。为帮助演示此功能,TI 创建了 PGA85X 输入和输出范围设计计算器,该计算器可在线获取。

PGA85X 输入和输出范围设计计算器是一种交互式工具,它根据用户输入以图形方式显示器件的范围,您可以点击此处下载

GUID-06D0B21D-82AE-4036-9D52-583546C80297-low.png图 8 PGA855 输入和输出范围设计计算器
表 1 设计工具
说明文档类型链接
用于 ADS8900B 20 位 SAR ADC 的 PGA855 ADC 驱动器电路应用示例PGA855 数据表
用于 ADS127L21 24 位 Δ-Σ 的 PGA855 ADC 驱动器电路应用示例ADS127L21 数据表
用于 ADS127L11 24 位 Δ-Σ 的 PGA855 ADC 驱动器电路应用示例PGA855 数据表
用于 ADS8860 16 位 SAR ADC 的 PGA849 ADC 驱动器电路应用示例PGA849 数据表
用于万用表的精密信号链参考设计参考设计TIDU45
借助 PGA855 全差分输出、可编程增益仪表放大器,实现超高的 SNR 性能应用手册SBOA858
PGA85X 输入和输出范围设计计算器计算器工具

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Excel
表 2 特色器件
器件型号 (1)最大工作电压输出类型配套 ADC说明
PGA85536V差分ADS89x0BADS127Lx1低噪声、宽带宽、全差分输出可编程增益仪表放大器
PGA84936V单端ADS886x单端、低噪声、高带宽、可编程增益仪表放大器
INA85136V差分ADS127Lx1具有低噪声 (3.2nV/√Hz)、高速 (22MHz) 和 OVP (±40V) 的全差分仪表放大器
INA84936V单端ADS8588S单端、超低噪声 (1nV/√Hz)、高速(28MHz、35V/μs)、精密 (35μV) 仪表放大器
INA84836V单端ADS8588S具有 2000 固定增益的超低噪声、高带宽仪表放大器