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8.3.2.1 PGA 共模电压要求
为使 PGA 保持在线性工作范围内，输入信号必须满足本部分所讨论的特定要求。
图 8-2 中两个放大器（A1 和 A2）的输出不能摆动到距离电源轨（AVSS 和 AVDD）200mV 以内。如果输出端 OUTP 和 OUTN 被驱动到电源轨的 200mV 范围内，则放大器会饱和，进而变为非线性。为防止出现这种非线性工作状态，输出电压必须满足方程式 6：
由于无法直接访问 PGA 的输出端，将方程式 6 的要求转换为对 PGA 输入端（AINP 和 AINN）的要求非常有用。PGA 采用对称设计，因此可假定 PGA 输出端的共模电压与输入信号的共模电压相同，如图 8-3 所示。
图 8-3 PGA 共模电压使用方程式 7 计算共模电压：
PGA 输入端（AINP 和 AINN）的电压可以表示为方程式 8 和方程式 9：
输出电压（VOUTP 和 VOUTN）可按方程式 10 和方程式 11 计算：
现在，可将放大器 A1 和 A2 的输出电压要求（方程式 6）利用方程式 10 和方程式 11 转换为输入共模电压范围要求，如方程式 12 和方程式 13 所示：
要计算最小和最大共模电压限值，必须使用应用中出现的最大差分输入电压 (VINMAX)。VINMAX 可以小于可能的 FS 最大值。
除方程式 12 外，由于 PGA 的特定设计实现，最小 VCM 还必须满足方程式 14。
图 8-4 和图 8-5 分别以图形方式展示了 AVDD = 3.3V、AVSS = 0V 时，增益为 1 和增益为 16 的共模电压限值。
| AVDD = 3.3V |
| AVDD = 3.3V |
以下讨论说明了如何将方程式 12 至方程式 14 应用于一个假设的应用场景。该示例的设置如下：AVDD = 3.3V，AVSS = 0V，增益 = 16，并使用外部基准
VREF = 2.5V。然后可施加的最大差分输入电压 VIN = (VAINP – VAINN) 被限制到 FSR = ±2.5V / 16 = ±0.156V 的满量程范围。因此，由方程式 12 至方程式 14 得出，允许的 VCM 范围为 1.45V ≤ VCM ≤ 1.85V。
例如，如果在该假设应用中连接到输入端的传感器信号未使用整个满量程范围，而限制为 VIN (MAX) = ±0.1V，则这一减小的输入信号幅度会将 VCM 限制放宽至 1.0V ≤ VCM ≤ 2.3V。
对于全差分传感器信号，每个输入端（AINP、AINN）可在共模电压 (VAINP + VAINN) / 2 上下摆动最高 ±50mV，该共模电压必须保持在 1.0V 至 2.3V 之间。对称惠斯通电桥的输出即为全差分信号的一个例子。图 8-6 展示了输入信号的共模电压处于最低限值的情况。在该情况下，VOUTN 恰好为 0.2V。如果共模电压 (VCM) 进一步降低或差分输入电压 (VIN) 增加，都会驱动 VOUTN 至低于 0.2V 并使放大器 A2 饱和。
图 8-6 VCM 处于最低限值的示例相比之下，RTD 的信号具有伪差分性质（如果按 RTD 测量部分中所示实现），其负输入端保持在 0V 以外的恒定电压，并且只有正输入端的电压发生变化。必须测量伪差分信号时，该示例中的负输入端必须偏置到 0.95V 至 2.25V 之间的某个电压。正输入端则可在负输入端电压的基础上向上摆动，
最大可达 VINMAX = 100mV。在这种情况下，共模电压会随着正输入端电压的变化而同时变化。也就是说，当输入信号在 0V ≤ VIN ≤ VINMAX 之间摆动时，共模电压在 VAINN ≤ VCM ≤ VAINN + ½ VINMAX 之间摆动。只要满足最大输入电压 VINMAX 的共模电压要求，也就满足了整个信号范围的要求。
图 8-7 和图 8-8 分别展示了全差分和伪差分信号的示例。
请记住，启用 PGA 时的共模电压要求（方程式 12 至方程式 14）如下：
- VCMMIN ≥ AVSS + ¼ (AVDD – AVSS)
- VCMMIN ≥ AVSS + 0.2V + ½ 增益 × VINMAX
- VCMMAX ≤ AVDD – 0.2V – ½ 增益 × VINMAX