信号链基础知识之PGA驱动参考引脚的探讨

　　可编程增益放大器（PGA）是特殊的放大器结构（请参见图1），具有经过修整的内部电阻器网络，拥有比采用离散式电阻器组件的放大器更高的性能。正如图1中PGA传输函数所显示那样，PGA输出的误差与内部偏移电压（VOS）、增益和VREF有关。

图1:相应传输函数的PGA配置举例

　　在一些使用PGA的应用中，关键的DC规范为VOS、增益与偏移、噪声以及静态功耗。如果参考引脚VREF不以运算放大器缓冲电路驱动，则PGA传输函数的会受到极大影响。另外，从AC的角度来看，一个常见的难题是维持频率下的增益，其会受到参考引脚电压VREF以及对它起到缓冲作用的运算放大器的影响。

　　考虑到带宽、AOL（ω）、RO（ω） 和运算放大器缓冲电路的反馈系数 （β）（请参见图2）大小的情况下，我们便可以更好地理解运算放大器效应对VREF所产生的影响。

图2:Vref缓冲分压器电压

　　由于缓冲器本身β=1,因此输出电压VREF等于AOLVIN.VREF流入缓冲放大器反相输入端的输入偏置电流，决定了负载电流的大小程度。这一点非常重要，因为负载电流的大小会调节环路增益 （AOLβ） 和闭环输出阻抗ROUT.

　　图2显示了VREF缓冲器的闭环内部电路：Rout、Ro和AOL之间的重要关系如方程式1所示：

　　

　　总之，随着频率不断增加，运算放大器通过减小AOL、增加Rout以及延长稳定时间来保持固定输出电压和低阻抗的能力下降。这会影响PGA增益误差的。

　　为了方便说明，请思考图3所示单端PGA之例。输入信号VIN有其DC组成部分（2.5V），而AC信号为一个200 mVpp、5 kHz正弦波：

　　图3:缓冲器单端PGA

图4:以TINA Spice中的“万用表”功能对图5进行分析

　　我们可以利用TINA Spice中的“万用表”功能（请参见图4），获得输入电压对输出电压的RMS值，并用其计算总输出误差，具体计算方法如方程式2和3:

　　

　　例如，微功耗精密运算放大器OPA333便拥有~350 kHz的增益带宽（GBW）积。因此，在5 kHz下，闭环特性会下降到造成第二个运算放大器（如OPA376）输出端产生0.08%误差的程度。若使用一个更高GBW的放大器（如：另一个精密运算放大器）便可减小这种误差。

　　通过在TINA SPICE中绘制出传输函数（VOUT/VIN）与频率曲线图的关系图，我们可以直观地看到改变阻抗频率的效果（请参见图5）。请注意，相比OPA333,OPA376当作缓冲器时，增益与频率的关系更加恒定：

图5:OPA333和OPA376缓冲器比较图

　　结果表明，把一个带宽较高的运算放大器（例如：OPA376等）用作VREF缓冲放大器，可明显改善总输出误差。