PGA855 [TI]

Low-noise, wide-bandwidth, fully-differential-output programmable-gain instrumentation amplifier;


型号：	PGA855
厂家：	TEXAS INSTRUMENTS
描述：	Low-noise, wide-bandwidth, fully-differential-output programmable-gain instrumentation amplifier
文件：	总30页 (文件大小：2393K)
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PGA855

ZHCSRM7 –APRIL 2023

PGA855 低噪声、宽带宽、全差分输出可编程增益仪表放大器

1 特性

3 说明

• 八个引脚可编程二进制增益

– G (V/V) = ⅛、¼、½、1、2、4、8 和16

• 低增益误差温漂：2ppm/°C（最大值）

• 全差分输出

PGA855 是一款具有全差分输出的高带宽可编程增益

仪表放大器。PGA855 具有八种二进制增益设置（从

0.125V/V 的衰减增益到最大 16V/V），可以通过三个

数字增益选择引脚进行选择。使用 VOCM 引脚单独设

置输出共模电压。

– 独立输出电源引脚

– 输出共模控制

• 更快的信号处理：

PGA855 架构经过优化，可驱动采样率高达1MSPS 的

高分辨率精密模数转换器 (ADC) 的输入，无需额外的

ADC 驱动器。输出级电源与输入级去耦，可保护 ADC

或下游器件免受过驱损坏。

– 宽带宽：在所有增益下均为10MHz

– 高压摆率：35V/µs

– 稳定时间：

超 β 输入晶体管提供超低的输入偏置电流，进而提供

0.3pA/√Hz 的超低输入电流噪声密度，因而 PGA855

成为几乎任何传感器类型的通用选择。低噪声电流反馈

前端架构即使在高频下也能提供出色的增益平坦度，得

益于此，PGA855 是一款出色的高阻抗传感器读出器

件。输入引脚上的集成保护电路可处理超出电源电压高

达±40V 的过压。

500ns 至0.01%，950ns 至0.0015%

– 输入级噪声：G = 16V/V 时为7.8nV/√Hz

– 可通过滤波器选项实现更好的SNR

• 在超过电源电压多达±40V 时提供输入过压保护

• 输入级电源电压范围：

– 单电源：8V 至36V

– 双电源：±4V 至±18V

• 输出级电源电压范围：

– 单电源：4.5V 至36V

– 双电源：±2.25V 至±18V

• 额定温度范围：–40°C 至+125°C

• 小型封装：3mm × 3mm QFN

封装信息

封装⁽¹⁾

封装尺寸（标称值）

器件型号

PGA855

RGT（VQFN，

16）

3.00mm × 3.00mm

(1) 如需了解所有可用封装，请参阅数据表末尾的封装选项附录。

2 应用

• 工厂自动化和控制

• 模拟输入模块

• 数据采集(DAQ)

• 测试和测量

• 半导体测试

5 V

V_S+

LVDD

PGA855

V_IN

–

OVP

FDA_IN

VDD

OUT+

OUT

INP

INN

–

-20

-40

–

V_O

Gain

ADC

Network

VSS

G = 0.125

G = 0.25

G = 0.5

G = 1

G = 2

G = 4

G = 8

G = 16

–

-60

-80

FDA_IN+

IN+

V_IN+

OVP

100

10k

100k

10M

Frequency (Hz)

V_S-

D_GNDA_<2:0>

V_OCM

LVSS

增益与频率的关系

PGA855 简化版应用

本文档旨在为方便起见，提供有关TI 产品中文版本的信息，以确认产品的概要。有关适用的官方英文版本的最新信息，请访问

www.ti.com，其内容始终优先。TI 不保证翻译的准确性和有效性。在实际设计之前，请务必参考最新版本的英文版本。

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内容

1 特性................................................................................... 1

2 应用................................................................................... 1

3 说明................................................................................... 1

4 修订历史记录.....................................................................2

5 器件比较表.........................................................................3

6 引脚配置和功能................................................................. 4

7 规格................................................................................... 5

7.1 绝对最大额定值...........................................................5

7.2 ESD 等级.................................................................... 5

7.3 建议运行条件.............................................................. 5

7.4 热性能信息..................................................................5

7.5 电气特性......................................................................7

7.6 典型特性....................................................................10

8 详细说明.......................................................................... 18

8.1 概述...........................................................................18

8.2 功能方框图................................................................18

8.3 特性说明....................................................................18

8.4 器件功能模式............................................................ 21

9 应用和实施.......................................................................22

9.1 应用信息....................................................................22

9.2 典型应用....................................................................22

9.3 电源相关建议............................................................ 25

9.4 布局...........................................................................25

10 器件和文档支持............................................................. 27

10.1 器件支持..................................................................27

10.2 文档支持..................................................................27

10.3 接收文档更新通知................................................... 27

10.4 支持资源..................................................................27

10.5 商标.........................................................................27

10.6 静电放电警告.......................................................... 27

10.7 术语表..................................................................... 27

11 机械、封装和可订购信息............................................... 27

4 修订历史记录

注：以前版本的页码可能与当前版本的页码不同

日期

修订版本

说明

初稿

April 2023

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5 器件比较表

引脚处的RG

引脚

器件

说明

增益公式

INA849

INA851

超低噪声(1nV/√Hz) 高带宽仪表放大器

G = 1 + 6kΩ/RG

2、3

具有低噪声(3.2nV/√Hz)、高速(22MHz) 和过压保护(±40V) 功能的全

差分仪表放大器

具有3V 或5V 差分输出、20mV 至±10V 可编程增益和高达±18V 模拟

电源的仪表放大器

PGA280

PGA281

可通过SPI 进行数字编程

不适用

零漂移、高电压可编程增益放大器

可通过引脚进行数字编程

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6 引脚配置和功能

IN+

IN–

FDA_IN+

OUT–

Thermal Pad

OUT+

FDA_IN–

Not to scale

图6-1. RGT 封装，16 引脚VQFN（顶视图）

表6-1. 引脚功能

引脚

类型

说明

名称

编号

增益选项引脚0

输入

电源

输入

电源

—

增益选项引脚1

增益选项引脚2

DGND

FDA_IN–

FDA_IN+

IN–

数字逻辑和增益设置引脚的接地基准

连接到输出驱动器求和节点

负（反相）输入

IN+

正（同相）输入

LVDD

LVSS

输出驱动器正电源

输出驱动器负电源

不连接

OUT-

OUT+

VOCM

VS+

输出（反相）

输出

输入

电源

输出（同相）

为输出共模值设置的电平

输入级正电源

VS–

输入级负电源

该散热焊盘必须焊接到印刷电路板(PCB)。将散热焊盘连接到处于悬空状态或以电气方式连接

到VS–的平面或大面积覆铜区域，即使对于功率耗散较低的应用也是如此。

散热焊盘

—

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7 规格

7.1 绝对最大额定值

在自然通风条件下的工作温度范围内测得（除非另有说明）⁽¹⁾

最小值

最大值

单位

V_S

V_S+、V_S–引脚上的电源电压；V_S= (V_S+) –(V_S–

)

V_SOUT

(V_S–) –0.5

(V_S–) –40

(V_S–) –0.5

LVDD、LVSS 引脚上的电源电压；V_SOUT= V_LVDD–V_LVSS

电源引脚LVDD、LVSS 上的电压

信号输入引脚IN+、IN–上的电压

DGND、FDA_IN+、FDA_IN–引脚电压

增益选择引脚A2、A1、A0 上的电压

信号输出引脚OUT+、OUT–上的最大电压

输出共模电压

(V_S+) + 0.5

(V_S+) + 40

(V_S+) + 0.5

V_LVDD+ 0.5

100

V_IN

_DGND–0.5

V_O

_LVSS–0.5

–100

V_OCM

I_O

信号输出引脚电流

输出短路电流⁽²⁾

I_SC

T_A

持续

-50

150

°C

工作温度

(1) 超出绝对最大额定值的运行可能会对器件造成永久损坏。绝对最大额定值并不表示器件在这些条件下或在建议运行条件以外的任何其他

条件下能够正常运行。如果超出建议运行条件、但在绝对最大额定值范围内使用，器件可能不会完全正常运行，这可能影响器件的可靠

性、功能和性能并缩短器件寿命。

(2) 对V_SOUT/ 2 短路。

7.2 ESD 等级

值

单位

人体放电模型(HBM)，符合ANSI/ESDA/JEDEC JS-001⁽¹⁾

充电器件模型(CDM)，符合ANSI/ESDA/JEDEC JS-002 ⁽²⁾

±2000

V_(ESD)

静电放电

±1000

(1) JEDEC 文档JEP155 指出：500V HBM 能够在标准ESD 控制流程下安全生产。

(2) JEDEC 文件JEP157 指出：250V CDM 可实现在标准ESD 控制流程下安全生产。

7.3 建议运行条件

在自然通风条件下的工作温度范围内测得（除非另有说明）

最小值

最大值

单位

单电源

V_S

输入级电源电压

±4

±18

双通道电源

单电源

4.5

V_SOUT

T_A

输出级电源电压

额定温度

±2.25

-40

±18

125

双通道电源

°C

7.4 热性能信息

PGA855

RGT (VQFN)

16 引脚

47.3

热指标⁽¹⁾

单位

R_θJA

R_θJC(top)

R_θJB

ψ_JT

°C/W

结至环境热阻

53.6

结至外壳（顶部）热阻

结至电路板热阻

22.0

1.4

结至顶部特征参数

结至电路板特征参数

22.0

ψ_JB

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RGT (VQFN)

16 引脚

热指标⁽¹⁾

单位

R_θJC(bot)

7.8

°C/W

结至外壳（底部）热阻

(1) 有关新旧热指标的信息，请参阅半导体和IC 封装热指标应用报告。

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7.5 电气特性

T_A= 25°C，V_S= V_SOUT= ±15V，V_ICM= V_OCM处于1/2 Vs，R_L= 10kΩ，且G = 1V/V（除非另有说明）

参数

测试条件

最小值

典型值

最大值

单位

输入

±70

±70/G

±0.3

±0.3/G

110

±400

±400/G

±1.0

G = 1 至16

V_OS

µV

差分失调电压（以输入为基准）

G < 1

G = 1 至16，T_A= –40°C 至+125°C

G < 1，T_A= –40°C 至+125°C

差分失调电压漂移（以输入为基

准）

µV/°C

±1.0/G

G = 0.125

G = 0.25

G = 0.5

G = 1

114

100

120

118

134

PSRR

±4V ≤V_S≤±18V，RTI

电源抑制比

G = 2

126

G = 4

132

G = 8

136

G = 16

140

GΩ||

z_id

z_ic

1 || 1

1 || 7

差分阻抗

共模阻抗

GΩ || pF

(V_S–) + 2.5

V_S= ±4V 至±18V

(V_S+) –2.5

V_ICM

共模输入电压

(V_S–) + 3

V_S= ±4V 至±18V，T_A= –40°C 至+125°C

G = 0.125

G = 0.25

G = 0.5

直流至60Hz，

G = 1

100

106

112

118

124

V_ICM= ±10V，

CMRR

共模抑制比

T_A= –40°C 至+125°C，

RTI

G = 2

G = 4

G = 8

G = 16

100

106

偏置电流

0.5

I_B

输入偏置电流

T_A= –40°C 至+125°C

T_A=-40°C 至+125°C

10 pA/°C

输入偏置电流漂移

输入失调电流

0.5

I_OS

T_A= –40°C 至+125°C

T_A=-40°C 至+125°C

10 pA/°C

输入失调电流漂移

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7.5 电气特性(continued)

T_A= 25°C，V_S= V_SOUT= ±15V，V_ICM= V_OCM处于1/2 Vs，R_L= 10kΩ，且G = 1V/V（除非另有说明）

参数

测试条件

最小值

典型值

最大值

单位

噪声电压

G = 16

7.8

8.0

G = 8

G = 4

8.6

G = 2

12.6

21.6

e_NI

f = 1kHz

nV/√Hz

以输入为基准的电压噪声密度

G = 1

G = 0.5

G = 0.25

G = 0.125

G = 16

G = 8

168

0.26

0.27

0.29

0.44

0.8

G = 4

G = 2

µV_PP

f_B= 0.1Hz 至10Hz

输入基准电压噪声

G = 1

G = 0.5

G = 0.25

G = 0.125

1.6

3.2

6.4

i_N

f = 1kHz

0.3

pA/√Hz

输入电流噪声密度

输入电流噪声

pA_PP

f_B= 0.1Hz 至10Hz

增益

0.125

±0.03

±0.1

V/V

差分增益范围

差分增益误差

G = 1

±0.02

±0.03

所有其他引脚

±2 ppm/°C

G = 0.125 至16，T_A= –40°C 至+125°C

G = 0.125 至16，V_OUTDIFF= 10V

差分增益漂移

ppm

差分增益非线性

输出

V_SOUT= ±4V

V_LVSS+ 0.3

V_LVSS+ 0.6

_LVDD–0.3

_LVDD–0.6

V_OUT

R_L= 10kΩ

输出电压

负载电容

短路电流

V_SOUT= ±18V

C_L

差分负载稳定运行

±45

I_SC

持续达V_SOUT/ 2

±20

±60

T_A= –40°C 至+125°C

频率响应

MHz

V/µs

带宽，–3dB

G = 0.125 至16

G = 0.125 至16，V_OUTDIFF> 5V

压摆率

0.5

G = 0.125 至16

V_INDIFF= 10V 阶跃或

V_OUTDIFF= 10V 阶跃

达0.01%

达0.0015%

t_S

µs

趋稳时间

0.95

–110

–105

–120

–110

–120

–110

增益开关时间

差分输入，f = 10kHz，V_O= 10V_PP

单端输入，f = 10kHz，V_O= 10V_PP

差分输入，f = 10kHz，V_O= 10V_PP

单端输入，f = 10kHz，V_O= 10V_PP

差分输入，f = 10kHz，V_O= 10V_PP

单端输入，f = 10kHz，V_O= 10V_PP

THD+N

HD2

总谐波失真和噪声

二阶谐波失真

三阶谐波失真

HD3

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7.5 电气特性(continued)

T_A= 25°C，V_S= V_SOUT= ±15V，V_ICM= V_OCM处于1/2 Vs，R_L= 10kΩ，且G = 1V/V（除非另有说明）

参数

测试条件

最小值

典型值

最大值

单位

输出共模电压(V_OCM) 控制

V_S= ±4V

V_LVSS+ 1.5

V_LVSS+ 2

_LVDD–1.5

V_OCM

共模输入电压

V_S= ±18V

_LVDD–2

V_OCM= 100mV_PP

V_OCM= 0.6V_PP

MHz

小信号带宽V_OCM引脚

大信号带宽V_OCM引脚

直流输出平衡

待定

_OCM固定在1/2 Vs (V_O= ±1V)

250 || 1

±1

输入阻抗V_VOCM引脚

偏离1/2 Vs 的V_OCM失调电压

kΩ|| pF

±3.5

VOCM 引脚悬空

V_OCM= V_ICM，V_O= 0V

±1

_OCM失调电压

±20

±40 µV/°C

_OCM失调电压温漂

V_OCM= V_ICM，V_O= 0V，T_A= –40°C 至+125°C

输出级电源

V_IN= 0V

输入级静态电流

V_S+、V_S–

I_{Q_input}

4.5

T_A= –40°C 至+125°C

输出级电源

2.2

V_IN= 0V，V_OCM固定在1/2 Vs

T_A= –40°C 至125°C

输出级静态电流

LVDD、LVSS

I_{Q_output}

数字逻辑

V_IL

V_DGND

V_DGND+ 0.8

A0、A1、A2 引脚，以DGND 为基准

A0、A1、A2 引脚

数字输入逻辑低电平

数字输入逻辑高电平

数字输入引脚电流

DGND 电压

V_IH

V_DGND+ 2

V_S+

1.5

(V_S+) –4

µA

V_DGND

V_S–

µA

DGND 基准电流

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7.6 典型特性

T_A= 25°C，V_S= V_SOUT= ±15V，V_ICM= V_OCM= 0V，R_L= 10kΩ，且G = 1V/V（除非另有说明）

表7-1. 图形表

说明

失调电压(RTI) 的分布，G = 0.125V/V

失调电压(RTI) 的分布，G = 1V/V

失调电压(RTI) 的分布，G = 16V/V

失调电压漂移(RTI) 的分布，G = 0.125V/V

失调电压漂移(RTI) 的分布，G = 1V/V

失调电压漂移(RTI) 的分布，G = 16V/V

失调电压(RTI) 与温度间的关系，G = 0.125V/V

失调电压(RTI) 与温度间的关系，G = 1V/V

失调电压(RTI) 与温度间的关系，G = 16V/V

失调电压(RTI) 与输入共模电压间的关系

CMRR 分布，G = 0.125V/V

图表

图7-1

图7-2

图7-3

图7-4

图7-5

图7-6

图7-7

图7-8

图7-9

图7-10

图7-11

图7-12

图7-13

图7-14

图7-15

图7-16

图7-17

图7-18

图7-19

图7-20

图7-21

图7-22

图7-23

图7-24

图7-25

图7-26

图7-27

图7-28

图7-29

图7-30

图7-31

图7-32

图7-33

图7-34

图7-35

图7-36

CMRR 分布，G = 1V/V

CMRR 分布，G = 16V/V

典型CMRR 与温度间的关系

PSRR 分布，G = 0.125V/V

PSRR 分布，G = 1V/V

PSRR 分布，G = 16V/V

增益非线性，G = 0.125V/V

增益非线性，G = 1V/V

增益非线性，G = 16V/V

电压噪声频谱密度(RTI) 与频率间的关系

0.1Hz 至10Hz 电压噪声(RTI)，G = 0.125V/V

0.1Hz 至10Hz 电压噪声(RTI)，G = 1V/V

0.1Hz 至10Hz 电压噪声(RTI)，G = 16V/V

增益与频率的关系

小信号阶跃响应，G = 0.125V/V

小信号阶跃响应，G = 1V/V

小信号阶跃响应，G = 16V/V

大信号阶跃响应

增益开关瞬态响应

输出短路电流与温度间的关系

THD + 噪声与频率间的关系（22kHz 滤波器）

THD + 噪声与频率间的关系（500kHz 滤波器）

二次谐波失真与频率间的关系

三次谐波失真与频率间的关系

不同负载下总谐波失真与频率间的关系

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7.6 典型特性(continued)

T_A= 25°C，V_S= V_SOUT= ±15V，V_ICM= V_OCM= 0V，R_L= 10kΩ，且G = 1V/V（除非另有说明）

-4

-2

-400 -300 -200 -100

100

200

300

400

Input Referred Offset Voltage (mV)

Input Referred Offset Voltage (ꢀV)

N = 2500

G = 1V/V

均值= –36µV

标准偏差= 540µV

均值= 2.83µV

标准偏差= 71.58µV

G = 0.125 V/V

图7-1. 失调电压(RTI) 的分布

图7-2. 失调电压(RTI) 的分布

-400 -300 -200 -100

100

200

300

400

-8

-6

-4

-2

Input Referred Offset Voltage (ꢀV)

Offset Voltage Drift (ꢀV/ꢁC )

N = 2500

N = 53

均值= -21.25µV

标准偏差= 36.79µV

均值= -0.028μV/°C

标准偏差= 1.69µV/°C

G = 16 V/V

G = 0.125 V/V

图7-3. 失调电压(RTI) 的分布

图7-4. 失调电压漂移(RTI) 的分布

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2

0.2 0.4 0.6 0.8

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2

0.2 0.4 0.6 0.8

Offset Voltage Drift (ꢀV/ꢁC)

N = 53

均值= -0.024μV/°C

标准偏差= 0.22µV/°C

均值= -0.11μV/°C

标准偏差= 0.08µV/°C

G = 1V/V

G = 16 V/V

图7-5. 失调电压漂移(RTI) 的分布

图7-6. 失调电压漂移(RTI) 的分布

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T_A= 25°C，V_S= V_SOUT= ±15V，V_ICM= V_OCM= 0V，R_L= 10kΩ，且G = 1V/V（除非另有说明）

4000

Mean

-3

3200

2400

1600

800

-800

-1600

-2400

-3200

-4000

-40

-20

100 120 140

Temperature (ꢀC)

G = 0.125 V/V

53 个单元，1 个晶圆批次

G = 1V/V

53 个单元，1 个晶圆批次

图7-7. 失调电压(RTI) 与温度间的关系

图7-8. 失调电压(RTI) 与温度间的关系

400

300

200

100

1500

1000

500

Mean

-3

-100

-200

-300

-400

-500

-1000

-1500

G = 0.125

G = 0.25

G = 0.5

G = 1

G = 2

G = 4

G = 8

G = 16

CM Range

-40

-20

100 120 140

-14 -12 -10 -8 -6 -4 -2

10 12 14

Temperature (ꢀC)

Input Common Mode Voltage (V)

G = 16 V/V

53 个单元，1 个晶圆批次

图7-9. 失调电压(RTI) 与温度间的关系

所示为典型单元

图7-10. 失调电压(RTI) 与输入共模电压间的关系

-600

-400

-200

200

400

600

Common-Mode Rejection Ratio (ꢀV/V)

N = 2500

G = 1V/V

均值= 44.98µV/V

标准偏差= 100µV/V

均值= 5.61µV/V

标准偏差= 12.50µV/V

G = 0.125 V/V

图7-11. CMRR 分布

图7-12. CMRR 分布

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T_A= 25°C，V_S= V_SOUT= ±15V，V_ICM= V_OCM= 0V，R_L= 10kΩ，且G = 1V/V（除非另有说明）

180

160

140

120

100

Typical unit

G = 0.125

G = 0.250

G = 0.5

G = 2

G = 4

G = 8

G = 16

G = 1

-20

-6

-4

-2

-40

-20

100 120 140

Common-Mode Rejection Ratio (ꢀV/V)

Temperature (ꢀC)

N = 2500

均值= 0.31µV/V

标准偏差= 0.78µV/V

所示为典型单元

G = 16 V/V

图7-14. 典型CMRR 与温度间的关系

图7-13. CMRR 分布

-5

-4

-3

-2

-1

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2

0.2 0.4 0.6 0.8

Power Supply Rejection Ratio (ꢀV/V)

N = 2500

G = 0.125 V/V

N = 2500

G = 1V/V

均值= 0.38µV/V

标准偏差= 0.48µV/V

均值= 0.17µV/V

标准偏差= 0.08µV/V

图7-15. PSRR 分布

图7-16. PSRR 分布

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T_A= 25°C，V_S= V_SOUT= ±15V，V_ICM= V_OCM= 0V，R_L= 10kΩ，且G = 1V/V（除非另有说明）

-1

-2

-3

-4

-5

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2

0.2 0.4 0.6 0.8

-5

-4

-3

-2

-1

Power Supply Rejection Ratio (ꢀV/V)

Differential Output Voltage (V)

G = 0.125 V/V

V_OUTDIFF= 2.5V

N = 2500

均值= 0.13µV/V

标准偏差= 0.06µV/V

G = 16 V/V

图7-18. 增益非线性

图7-17. PSRR 分布

-1

-2

-3

-4

-1

-2

-3

-4

-5

-12

-8

-4

-12

-8

-4

Differential Output Voltage (V)

G = 1V/V

V_OUTDIFF= 10V

G = 16 V/V

V_OUTDIFF= 10V

图7-19. 增益非线性

图7-20. 增益非线性

2000

1000

500

G = 0.125

G = 0.25

G = 0.5

G = 1

G = 2

G = 4

G = 8

G = 16

300

200

100

100m

100

10k

100k

Frequency (Hz)

G = 0.125 V/V

图7-22. 0.1Hz 至10Hz 电压噪声(RTI)

所示为典型单元

图7-21. 电压噪声频谱密度(RTI) 与频率间的关系

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T_A= 25°C，V_S= V_SOUT= ±15V，V_ICM= V_OCM= 0V，R_L= 10kΩ，且G = 1V/V（除非另有说明）

G = 1V/V

G = 16 V/V

图7-24. 0.1Hz 至10Hz 电压噪声(RTI)

图7-23. 0.1Hz 至10Hz 电压噪声(RTI)

-20

-40

-60

G = 0.125

G = 0.25

G = 0.5

G = 1

G = 2

G = 4

G = 8

G = 16

-80

100

10k

100k

10M

Frequency (Hz)

G = 0.125 V/V

差分负载电容= 50pF

图7-25. 增益与频率间的关系

差分负载电容= 50pF

图7-26. 小信号阶跃响应

100

-25

-50

-75

-25

-50

-75

-100

-1

Time (ꢀs)

G = 1V/V

G = 16 V/V

差分负载电容= 50pF

图7-27. 小信号阶跃响应

差分负载电容= 50pF

图7-28. 小信号阶跃响应

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T_A= 25°C，V_S= V_SOUT= ±15V，V_ICM= V_OCM= 0V，R_L= 10kΩ，且G = 1V/V（除非另有说明）

G = 4

G = 2

G = 8

G = 16

-2

-4

-6

-8

-1

Time (ꢀs)

Time (20 ꢀs/div)

G = 1V/V

输入电压= 250mV_PP

图7-29. 大信号阶跃响应

图7-30. 增益开关瞬态响应

-80

-90

I_SC, Source

I_SC, Sink

G = 1

G = 16

G = 0.125

-100

-110

-120

-130

-140

-20

-40

-60

-80

-40

-20

100 120 140

100

10k

40k

Temperature (ꢀC)

Frequency (Hz)

V_OUTDIFF> 2.5V_PP

短接至V_SOUT/2

10Hz 至22kHz 带通滤波器

图7-31. 输出短路电流与温度间的关系

图7-32. 总谐波失真+ 噪声与频率间的关系

-70

-80

-70

-80

G = 1

G = 16

G = 0.125

G = 1

G = 16

G = 0.125

-90

-100

-110

-120

-130

-140

-150

-90

-100

-110

-120

100

10k

40k

100

10k

40k

Frequency (Hz)

V_OUTDIFF> 2.5V_PP

图7-34. 二次谐波失真与频率间的关系

10Hz 至500kHz 带通滤波器

图7-33. 总谐波失真+ 噪声与频率间的关系

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T_A= 25°C，V_S= V_SOUT= ±15V，V_ICM= V_OCM= 0V，R_L= 10kΩ，且G = 1V/V（除非另有说明）

-70

-80

-90

-100

-110

-120

-130

-140

-150

G = 1

G = 16

G = 0.125

R_L= 2kꢀ

R_L= 10kꢀ

R_L= 100kꢀ

-90

-100

-110

-120

-130

-140

-150

100

10k

40k

100

10k

Frequency (Hz)

V_OUTDIFF> 2.5V_PP

图7-35. 三次谐波失真与频率间的关系

G = 1V/V

V_OUTDIFF= 10V_PP

图7-36. 总谐波失真与频率间的关系

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8 详细说明

8.1 概述

PGA855 是一款单片、高电压、精密可编程增益仪表放大器。PGA855 整合了高速电流反馈输入级与内部匹配的

增益电阻网络，再后接一个四电阻全差分放大器输出级。可使用增益选择引脚A0、A1 和A2 来选择八个预编程的

二进制增益（范围为0.125V/V 至16V/V）。

PGA855 的功能方框图如下一节中所示。差分输入电压被馈送到一对匹配的高阻抗输入电流反馈放大器中。集成

的精密匹配增益电阻网络用于放大差分输入电压。全差分输出差分放大器A₃可抑制输入共模分量，并使输出信号

以VOCM 引脚设置的电压电平为基准。

PGA855 输出放大器带宽经过优化，可驱动采样率高达 1MSPS 的高性能模数转换器 (ADC)，无需额外的ADC 驱

动器。输出放大器使用独立于输入级电源的独立电源。驱动 ADC 时，请在 LVDD 和LVSS 到ADC 电源之间使用

低阻抗连接。这种配置可保护ADC 输入免受意外过压条件造成的损坏。

8.2 功能方框图

V_S+

V_S

V_IN

–

A₁

FDA_IN–

V_S

V_S+D_GND

LVDD LVSS

5 k

A<2:0>

D_GND

–

OUT+

OUT

–

A₃

5 k

LVDD LVSS

V_S+

V_S

V_S+

–

FDA_IN+

A₂

IN+

LVDD

LVSS

V_IN+

V_S+

V_S

V_S+

V_S

500 k

V_S+

V_S

V_OCM

8.3 特性说明

8.3.1 增益控制

PGA855 使用三个引脚来设置放大器增益。这些增益选择引脚是相对于 DGND 设置的。与需要SPI 或其他数字接

口选项来更改增益的可编程增益放大器相比，这种配置可简化设计。图 8-1 展示了增益设置方框图。表 8-1 列出

了增益选项。任何不受外部源驱动的增益选择引脚都会使用内部下拉选项自动偏置到DGND。

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Gain Decoder

D_GND

图8-1. PGA855 增益设置方框图

表8-1. 增益选项

A2:A0

000

001

010

011

增益

0.125

0.25

0.5

100

101

110

111

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8.3.2 输入保护

在超出任一电源高达 ±40V 的电压下，PGA855 的输入会受到单独保护。例如，使用 ±15V 电源供电时，–55V

和 +55V 之间的任意输入共模电压都不会造成损坏。每个输入端的内部电路在正常信号条件下提供低串联阻抗，

从而在正常工作条件下保持高性能。如果输入过载，则保护电路将输入电流限制为大约 4.8mA 的值。图 8-2 展示

了过压情况下的输入保护功能。

图8-2. 输入电流与输入过压间的关系

图 8-3 展示了在输入过压条件下，电流会通过输入保护二极管进入电源。如果应用中的电源无法灌入电流，请在

电源上设置齐纳二极管钳位（ZD1 和ZD2），从而提供接地的电流路径。

V_S+

ZD1

VS+

INx

R_IN

Overvoltage

Protection

Input Voltage

Source

–

Input Transistor

VS–

ZD2

V_S–

图8-3. 过压条件下的输入电流路径

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8.3.3 输出共模引脚

PGA855 的输出电压相对于输出共模引脚上的电压 V_OCM进行平衡。大多数设计的起点是为 PGA855 分配一个输

出共模电压。对于交流耦合信号路径，该电压通常是默认的 1/2 Vs 电压，从而保持围绕 V_OCM中心电压的足够大

的输出摆幅。对于直流耦合信号路径，应将该电压设置为最大 V_LVDD– 1.5V 与最小 V_LVSS+ 1.5V 之间的值。对

于精密ADC 应用，该电压通常是ADC 的输入共模电压。

_OCM引脚上的电压经过内部缓冲以偏置全差分输出放大器，因此无需外部 V_OCM缓冲器。如果V_OCM引脚保持悬

空，则输出共模电压通过输出级电源引脚之间连接的内部500kΩ/500kΩ电阻分压器网络偏置在输出1/2 Vs 处。

8.3.4 使用全差分输出放大器对噪声进行整形

节8.2 说明了PGA855 输出级全差分放大器在OUT+ 和OUT–输出以及反相和同相输入之间分别使用 5kΩ反馈

电阻。对全差分放大器的反相和同相输入的外部直接访问分别通过 FDA_IN–和FDA_IN+ 引脚提供。该选项允许

电路设计人员添加与内部反馈电阻并联的外部反馈电容器，从而实施噪声滤波或噪声整形技术。这些引脚还可用

于实现输出级的自定义衰减增益。在使用内部反馈电阻来设计并联电路时，请考虑以下重要因素：

• 内部电阻网络的精度为0.01% 或更高。这种精度可产生80dB 或更好的共模抑制(CMRR)。这些引脚上的漏电

流不匹配可能会导致CMRR 性能下降。

• 内部电阻具有±15% 的绝对电阻变化，在实施自定义衰减增益或噪声滤波器时必须考虑这一变化。

•

CAUTION

请勿将这些引脚视为输出，也不要使用这些引脚拉出或灌入电流。流经反馈电阻的电流过大可能会

对内部电路造成永久损坏。

8.4 器件功能模式

PGA855 具有单功能模式，可在输入级电源电压大于 ±4V (8V) 且输出级电源电压大于 ±2.25V (4.5V) 的条件下运

行；另请参阅节7.3。

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9 应用和实施

备注

以下应用部分中的信息不属于 TI 元件规格，TI 不担保其准确性和完整性。TI 的客户负责确定元件是否

适合其用途，以及验证和测试其设计实现以确认系统功能。

9.1 应用信息

PGA855 是一款具有全差分输出的单片、高电压、高带宽、精密可编程增益仪表放大器。PGA855 整合了高速电

流反馈输入级与内部匹配的增益电阻网络，再后接一个四电阻全差分放大器输出级。PGA855 具有 8 个二进制增

益设置（从0.125V/V 到16V/V），可以通过这三个数字增益选择引脚进行选择：A0、A1 和A2。

PGA855 适用于工厂自动化和控制、模拟输入模块、数据采集、测试和测量以及半导体测试等应用。

9.2 典型应用

9.2.1 ADS127L11 24 位Δ-ΣADC 驱动器电路

图 9-1 中的应用电路展示了 24 位宽带宽 Δ-Σ ADC 的原理图。ADS127L11 ADC 提供两个数字滤波器来优化交

流应用（宽带滤波器）或直流应用（sinc4 滤波器）。表9-2 和表9-3 展示了这两种滤波器设置下的测量结果。如

需如了解运行ADS127L11 ADC 的详细设计过程，请参阅ADS127L11EVM-PDK 评估模块用户指南。

15 V

5 V

100 nF

C_{IN_CM}

1 ×

5 V

4.096 V

R_{FIL_Optional}

VS+

LVDD

PGA855

V_IN

–

FDA_IN

C_FB

25 pF

C_CM

51 pF

R_FIL

47.4

5 k

AVDD

VREF

5 k

INP

INN

OUT+

OUT

–

V_O

C_DIFF

560 pF

ADS127L11

1x Input Range

C_{IN_DIFF}

10 ×

Gain Network

5 k

R_FIL

47.4

C_CM

51 pF

C_FB

25 pF

AVSS

–

FDA_IN+

R_{FIL_Optional}

IN+

V_IN+

V_O= G × (V_IN+V_IN

)

LVSS

VOCM

DGND A2 A1 A0

A₁A₀

C_{IN_CM}

1 ×

D_GNDA₂

100 nF

1 k

ADS127L11

VCM Pin

1000 pF

15 V

图9-1. 驱动Δ-ΣADC ADS127L11

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9.2.1.1 设计要求

下表列出了驱动ADS127L11 ADC 的应用的设计要求。

表9-1. 设计参数

参数

值

_INDIFF至V_OUTDIFF

差分至差分转换

电源电压

V_S±= ±15V，LVDD = 5V，LVSS = GND，VREF = 4.096V

FSR = ±4.096V

ADC 满标量程

ADC 的数据速率

f_DATA= 187.5kSPS

(1) 高速模式，Sinc4 滤波器，OSR = 64

(2) 高速模式，宽带滤波器，OSR = 64

请参阅表9-2 和表9-3

ADC 滤波器配置

PGA 增益

在f_IN= 1kHz 下测试

信号频率

RC 反冲滤波器⁽¹⁾

R_FIL= 47.4Ω，C_DIFF= 560pF，C_CM= 51pF

(1) 必须考虑在THD、频率响应和漂移之间进行权衡。进入ADC 的差分电流漂移可能与滤波电阻相互作

用并导致更高的漂移误差。但是，较低的电阻会降低PGA855 的相位裕度。对于低漂移应用，请保

持R_FIL< 50kΩ。

9.2.1.2 详细设计过程

表 9-2 和表 9-3 展示了使用 sinc4 或宽带滤波器驱动 ADS127L11 Δ-ΣADC 的 PGA855 的典型信噪比 (SNR) 和

总谐波失真 (THD)。图 9-2 和图 9-3 展示了相应的 FFT 图。SNR 和 THD 的测量采用了 1kHz 差分信号。信号幅

度经过调整以便在ADC 满量程范围内以–0.2dBFS 产生PGA855 输出。如需查看不同PGA855 增益配置下的等

效输入电压幅度信号列表，请参阅表9-2 和表9-3。

仪表放大器输入端的R-C-R 差分低通滤波器有助于降低EMI/RFI 高频外部噪声。此滤波器可根据带宽和应用要求

进行定制。该设计示例（请参阅图 9-1）建议使用电容比为 C_{IN_DIFF}= 10 × C_{IN_CM}的滤波器。为差分电容器

C_{IN_DIFF}与共模电容器 C_{IN_CM}使用 10:1 的电容比可提供良好的差分和共模噪声抑制，并且这种设置往往对滤波

电容器的容差变化和失配不太敏感。

反馈电容器 C_FB与 PGA855 输出级 5kΩ 反馈电阻并联，旨在实施额外的噪声滤波。内部电阻的绝对电阻变化为

±15%，在实施噪声滤波时必须考虑到这一变化。在该示例中，C_FB设置为 25pF，可提供 1MHz 的典型 f_–3dB转

角频率。在考虑到反馈电阻变化的情况下，该电路的估计最小f_–3dB转角频率约为938kHz。

ADS127L11 输入端的滤波器用作电荷库以过滤 ADC 的采样输入。电荷库减少了放大器的瞬时电荷需求，保持了

低失真和低增益误差，否则会因放大器未完全稳定而降低性能。ADC 输入滤波器值为 R_FIL= 47.4Ω，C_DIFF

560pF，C_CM= 51pF。

为了实现低失真，信号路径中的所有位置（C_{IN_DIFF}、C_{IN_CM}、C_FB、C_DIFF、C_CM）都使用高等级 COG (NPO)。

在表面贴装陶瓷电容器中，COG (NPO) 陶瓷电容器可提供理想的电容精度。COG (NPO) 陶瓷电容器中使用的电

介质类型在电压、频率和温度变化时可提供非常稳定的电气特性。

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表9-2. PGA855 和ADS127L11 FFT 数据汇总，OSR = 64，Sinc4 滤波器

SNR（dB）

THD（dB）

PGA 增益(V/V)

输入幅度(V_PP

)

ENOB（位）

0.125

0.25

0.5

—

16.011

8.006

4.003

2.001

1.001

0.500

0.250

109.0

109.8

109.6

107.4

104.0

99.1

-119.3

-121.2

-121.4

-117.0

17.8

17.9

17.5

17.0

16.2

表9-3. PGA855 和ADS127L11 FFT 数据汇总，OSR = 64，宽带滤波器

SNR（dB）

THD（dB）

PGA 增益(V/V)

输入幅度(V_PP

)

ENOB（位）

0.125

0.25

0.5

—

16.011

8.006

4.003

2.001

1.001

0.500

0.250

107.5

107.7

107.6

107.0

105.4

101.7

96.7

-119.0

-121.2

-121.4

-117.0

17.5

17.6

17.5

17.2

16.6

15.8

-20

-40

-60

-80

-100

-120

-140

-160

-180

-200

-100

-120

-140

-160

-180

-200

20000

40000

60000

80000

100000

20000

40000

60000

80000

100000

Frequency (Hz) - FFT

G = 1V/V，f_IN= 1kHz，SNR = 109.6dB，THD = –121.4dB

G = 1V/V，f_IN= 1kHz，SNR = 107.6dB，THD = –121.4dB

图9-2. 使用ADS127L11、OSR = 64、Sinc4 滤波器图9-3. 使用ADS127L11、OSR = 64、宽带滤波器时

时的性能FFT 图

的性能FFT 图

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9.3 电源相关建议

PGA855 的标称性能是在输入级电源和 ±15V 输出级电源电压以及 V_ICM和 V_OCM处于 1/2 Vs 条件下的额定性

能。在额定限制范围内，可以使用自定义输入和输出共模电压，而不会影响性能；另请参阅节7.3。

CAUTION

为了防止损坏内部电路，输出级电源会被钳位以保持在输入级电源电压电平范围内；请参阅节8.2。

9.4 布局

9.4.1 布局指南

建议用户采用优秀的布局规范。为了实现器件的最佳运行性能，应使用良好的PCB 布局规范，包括：

• 为避免将共模信号转换为差分信号和热电动势(EMF)，请确保这两条输入路径对称，且源阻抗和电容匹配良

好。

• 噪声可通过器件的电源引脚和整个电路的电源引脚传播到模拟电路中。旁路电容器通过提供模拟电路的本地低

阻抗电源来减少耦合噪声。

– 在每个电源引脚和接地端之间连接低ESR 0.1µF 陶瓷旁路电容器，放置位置尽量靠近器件。从V+ 到接地

端之间的单个旁路电容适用于单电源应用。

• 为了减少寄生耦合，请让输入迹线尽可能远离电源迹线或输出迹线。如果上述迹线无法分离，则让敏感性迹线

与有噪声迹线垂直交叉要远优于选择平行的布线方式。

• FDA_IN+ 和FDA_IN–引脚上的泄漏会导致输出电压出现直流失调误差。此外，这些引脚上过大的寄生电容

会导致相位裕度减小并影响输出级的稳定性。如果未使用这些引脚来实现有意的电容反馈，请按照建议做法来

更大限度减少泄漏和寄生电容。

• 按照建议做法来更大限度减少泄漏和寄生电容，其中包括在任何位于输入引脚正下方的接地平面上设置避开区

域。

• 尽可能减少热结的数量。如果可能，请使用不带通孔的单层进行信号路径布设。

• 与主要热源（高功耗电路）保持足够的距离。如果不可能，请调整器件位置，使热源对差分信号路径高侧和低

侧的影响能够均匀匹配。

• 应使迹线尽可能短。

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9.4.2 布局示例

V_S+

C₅

Connect feedback

capacitors between

OUTx and FDA_INx

(optional)

LVDD

C₄

R₁

C₆

C₈

R₃

V_IN+

INP

INN

OUT

A_<2:0>

D_GND

PGA855

C₁₀

ADC

OUT+

R₄

V_IN

C₉

C₇

VCM

R₂

C₂

C₃

C₁

V_S

LVSS

GND

Place bypass

capacitors as close to

IC as possible

C₁

V_OCM

GND

Use ground pours for

shielding the input

signal pairs

C₃

C₂

GND

R₁

R₃

C₈

FDA_IN+

OUT–

C₆

V_IN+

ADC_INN

C₁₀

Cutouts on ground

PAD

IN+

IN–

planes underneath

input pins can reduce

stray capacitance, for

better phase margin

OUT+

ADC_INP

V_IN

C₇

FDA_IN–

R₄

C₉

R₂

GND

C₄

LVDD

C₅

Optional noise filtering

capacitors

Consider utilizing

thermal vias for

heatsinking

VS+

GND

图9-4. 原理图和相关PCB 布局示例

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10 器件和文档支持

10.1 器件支持

10.1.1 开发支持

10.1.1.1 PSpice^®for TI

PSpice^®for TI 是可帮助评估模拟电路性能的设计和仿真环境。在进行布局和制造之前创建子系统设计和原型解决

方案，可降低开发成本并缩短上市时间。

10.2 文档支持

10.2.1 相关文档

请参阅以下相关文档：

• 德州仪器(TI)，《仪表放大器的综合误差计算》应用手册

• 德州仪器(TI)，输入偏置电流返回路径在仪表放大器应用中的重要性应用手册

10.3 接收文档更新通知

要接收文档更新通知，请导航至 ti.com 上的器件产品文件夹。点击订阅更新进行注册，即可每周接收产品信息更

改摘要。有关更改的详细信息，请查看任何已修订文档中包含的修订历史记录。

10.4 支持资源

TI E2E^™支持论坛是工程师的重要参考资料，可直接从专家获得快速、经过验证的解答和设计帮助。搜索现有解

答或提出自己的问题可获得所需的快速设计帮助。

链接的内容由各个贡献者“按原样”提供。这些内容并不构成 TI 技术规范，并且不一定反映 TI 的观点；请参阅

TI 的《使用条款》。

10.5 商标

TI E2E^™is a trademark of Texas Instruments.

PSpice^®is a registered trademark of Cadence Design Systems, Inc.

所有商标均为其各自所有者的财产。

10.6 静电放电警告

静电放电(ESD) 会损坏这个集成电路。德州仪器(TI) 建议通过适当的预防措施处理所有集成电路。如果不遵守正确的处理

和安装程序，可能会损坏集成电路。

ESD 的损坏小至导致微小的性能降级，大至整个器件故障。精密的集成电路可能更容易受到损坏，这是因为非常细微的参

数更改都可能会导致器件与其发布的规格不相符。

10.7 术语表

TI 术语表

本术语表列出并解释了术语、首字母缩略词和定义。

11 机械、封装和可订购信息

下述页面包含机械、封装和订购信息。这些信息是指定器件可用的最新数据。数据如有变更，恕不另行通知，且

不会对此文档进行修订。有关此数据表的浏览器版本，请查阅左侧的导航栏。

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PACKAGE OPTION ADDENDUM

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28-Apr-2023

PACKAGING INFORMATION

Orderable Device

Status Package Type Package Pins Package

Eco Plan

Lead finish/

Ball material

MSL Peak Temp

Op Temp (°C)

Device Marking

Samples

Drawing

Qty

(1)

(2)

(3)

(4/5)

(6)

XPGA855RGTR

ACTIVE

VQFN

RGT

3000

TBD

Call TI

-40 to 125

Samples

⁽¹⁾The marketing status values are defined as follows:

ACTIVE: Product device recommended for new designs.

LIFEBUY: TI has announced that the device will be discontinued, and a lifetime-buy period is in effect.

NRND: Not recommended for new designs. Device is in production to support existing customers, but TI does not recommend using this part in a new design.

PREVIEW: Device has been announced but is not in production. Samples may or may not be available.

OBSOLETE: TI has discontinued the production of the device.

⁽²⁾RoHS: TI defines "RoHS" to mean semiconductor products that are compliant with the current EU RoHS requirements for all 10 RoHS substances, including the requirement that RoHS substance

do not exceed 0.1% by weight in homogeneous materials. Where designed to be soldered at high temperatures, "RoHS" products are suitable for use in specified lead-free processes. TI may

reference these types of products as "Pb-Free".

RoHS Exempt: TI defines "RoHS Exempt" to mean products that contain lead but are compliant with EU RoHS pursuant to a specific EU RoHS exemption.

Green: TI defines "Green" to mean the content of Chlorine (Cl) and Bromine (Br) based flame retardants meet JS709B low halogen requirements of <=1000ppm threshold. Antimony trioxide based

flame retardants must also meet the <=1000ppm threshold requirement.

⁽³⁾MSL, Peak Temp. - The Moisture Sensitivity Level rating according to the JEDEC industry standard classifications, and peak solder temperature.

⁽⁴⁾There may be additional marking, which relates to the logo, the lot trace code information, or the environmental category on the device.

⁽⁵⁾Multiple Device Markings will be inside parentheses. Only one Device Marking contained in parentheses and separated by a "~" will appear on a device. If a line is indented then it is a continuation

of the previous line and the two combined represent the entire Device Marking for that device.

(6)

Lead finish/Ball material - Orderable Devices may have multiple material finish options. Finish options are separated by a vertical ruled line. Lead finish/Ball material values may wrap to two

lines if the finish value exceeds the maximum column width.

Important Information and Disclaimer:The information provided on this page represents TI's knowledge and belief as of the date that it is provided. TI bases its knowledge and belief on information

provided by third parties, and makes no representation or warranty as to the accuracy of such information. Efforts are underway to better integrate information from third parties. TI has taken and

continues to take reasonable steps to provide representative and accurate information but may not have conducted destructive testing or chemical analysis on incoming materials and chemicals.

TI and TI suppliers consider certain information to be proprietary, and thus CAS numbers and other limited information may not be available for release.

In no event shall TI's liability arising out of such information exceed the total purchase price of the TI part(s) at issue in this document sold by TI to Customer on an annual basis.

Addendum-Page 1

重要声明和免责声明

TI“按原样”提供技术和可靠性数据（包括数据表）、设计资源（包括参考设计）、应用或其他设计建议、网络工具、安全信息和其他资源，

不保证没有瑕疵且不做出任何明示或暗示的担保，包括但不限于对适销性、某特定用途方面的适用性或不侵犯任何第三方知识产权的暗示担

保。

这些资源可供使用 TI 产品进行设计的熟练开发人员使用。您将自行承担以下全部责任：(1) 针对您的应用选择合适的 TI 产品，(2) 设计、验

证并测试您的应用，(3) 确保您的应用满足相应标准以及任何其他功能安全、信息安全、监管或其他要求。

这些资源如有变更，恕不另行通知。TI 授权您仅可将这些资源用于研发本资源所述的 TI 产品的应用。严禁对这些资源进行其他复制或展示。

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