PGA309 有三個主要的增益模塊用于調(diào)節(jié)差分輸入橋式傳感器信號，如圖 2-1 所示。前端 PGA 包含最高增益選擇功能，通過在信號鏈的前面應(yīng)用最大增益之后再添加其他噪聲源來實(shí)現(xiàn)最高信噪比。前端 PGA 增益選擇功能有八個增益設(shè)置（4、8、16、23.27、32、42.67、64 和 128），由寄存器 4 位 (11:8) 進(jìn)行設(shè)置。位 11 選擇輸入多路復(fù)用器的極性。

V_OUT = [(V_DIFF + V_{COARSE OFFSET})（前端 PGA 增益）+ V_{ZERO DAC}][增益 DAC][輸出放大器增益]

圖 2-1 PGA309 的增益模塊

前端 PGA 之后是增益 DAC。精細(xì)增益調(diào)整由 16 位增益 DAC 進(jìn)行控制，可調(diào)范圍為 0.3333 到 1。寄存器 2 僅用于增益 DAC 設(shè)置。

最終信號增益通過輸出放大器來應(yīng)用。該放大器內(nèi)部有七個增益設(shè)置（2、2.4、3、3.6、4.5、6、9）可供選擇。輸出放大器有一個選項可禁用內(nèi)部增益并允許使用用戶提供的外部電阻來設(shè)置輸出放大器增益。寄存器 4 位 (14:12) 可以選擇內(nèi)部輸出放大器增益（除非在禁用內(nèi)部反饋后編程為“111”）。組合的增益模塊支持 2.666（400kHz 帶寬）至 1152（60kHz 帶寬）的 V_OUT/V_DIFF 信號增益。

PGA309 的前端 PGA 是一款可優(yōu)化共模電壓抑制的三級運(yùn)算放大器儀表放大器。此儀表放大器由具有自動置零前端的運(yùn)算放大器構(gòu)成，基本上消除了 1/f 噪聲。

與任何儀表放大器一樣，此儀表放大器的輸出電壓擺幅和輸入共模電壓范圍也受到限制。圖 2-2 中的電路代表了 PGA309 內(nèi)部的前端 PGA，用于評估關(guān)鍵內(nèi)部節(jié)點(diǎn)電壓，以確保不會超出輸出電壓擺幅和共模電壓的限制。雖然有可能超出了這些內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的限制，但是在 PGA309 的 V_OUT 上仍然具有明顯有效的輸出電壓?？梢栽O(shè)置內(nèi)部比較器來監(jiān)測這些內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，以便發(fā)現(xiàn)傳感器校準(zhǔn)期間的超限情況（請參閱節(jié) 2.8：故障監(jiān)測）。

A. 輸入多路復(fù)用器允許傳感器輸出極性反轉(zhuǎn)。

B. PGA 差分放大器增益為 4 時，可實(shí)現(xiàn)零 DAC 的完整范圍輸出以及 A1 和 A2 的完整電壓擺幅輸出，且不會在 A3 輸入端超出共模范圍。

圖 2-2 前端 PGA 增益 — 內(nèi)部節(jié)點(diǎn)計算

為 PGA309 增益模塊選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)設(shè)置后，只需簡單的手工分析即可檢查是否存在超出內(nèi)部節(jié)點(diǎn)限制的情況。請務(wù)必將 PGA309 輸入電壓（V_INP、V_INN）轉(zhuǎn)換為共模和差分電壓分量以實(shí)現(xiàn)最大傳感器輸出。該轉(zhuǎn)換的模型如圖 2-2 所示。前端 PGA 在差分放大器 A3 中的增益為 4。為了分析重要的內(nèi)部節(jié)點(diǎn) V_OA1 和 V_OA2，有必要為運(yùn)算放大器 A1 和 A2 分配適當(dāng)?shù)脑鲆嫦禂?shù) (G)。圖 2-2 詳細(xì)說明了這一點(diǎn)，其中在相應(yīng)節(jié)點(diǎn)處展示了對應(yīng)的輸出電壓公式。對于傳感器的最大 V_DIFF 輸出，V_OA1 和 V_OA2 處于允許的以下電壓擺幅范圍內(nèi)：0.1V < (V_OA1 或 V_OA2) < V_S ? 0.12。在本例中，0.1V < (V_OA1 或 V_OA2) < 4.88V。

其他應(yīng)用可能會產(chǎn)生不同的結(jié)果，需要不同的增益調(diào)節(jié)或傳感器激勵路徑的正或負(fù)橋臂中的電阻來調(diào)整 PGA309 的共模輸入電壓。PGA309 的最大允許輸入電壓范圍 (IVR) 規(guī)格為 0.2V < IVR < V_SA ? 1.5V，所以在此應(yīng)用中轉(zhuǎn)換為 0.2V < IVR < 3.5V。在圖 2-2 中，我們看到 V_INP = 2.550V，V_INN = 2.450V，這些數(shù)值在可接受的 IVR 規(guī)格范圍內(nèi)。

對于 A2 和 A1 的輸出電壓，差分放大器 A3 的輸出 (V_FRONT) 具有增益值 4，但對于零 DAC 的輸出電壓，增益為 1。V_FRONT 是通過 V_DIFF 乘以前端 PGA 增益加上零 DAC 輸出電壓得出。V_FRONT 信號通過增益 DAC 和輸出放大器增益模塊接受進(jìn)一步處理。

圖 2-3 展示了 PGA309 內(nèi)部的增益 DAC 和輸出放大器增益模塊。在本例中，增益 DAC 設(shè)置為 0.859475571，輸出放大器的增益為 2。如圖 2-3 所示，對于傳感器的最大 V_DIFF 輸出，凈輸出電壓 V_OUT 為 4.5V。

對于 V_{OUT MIN}，傳感器輸出 0V：

V_{OUT MIN} = V_{ZERO DAC} [（增益 DAC）（輸出放大器增益）]

在本例中：

V_{OUT MIN} = 0.290908813V [(0.859475571)(2)] = 0.5000V

輸出放大器具有外部連接，這使得終端用戶在針對多種應(yīng)用的輸出放大器配置中具有最大的靈活性。V_FB 和 V_SJ 引腳的使用方法如節(jié) 2.4 - 輸出放大器 中所述。

Example2-1 展示了求解增益設(shè)置的過程。

V_OUT = [(V_DIFF + V_{COARSE OFFSET})（前端 PGA 增益）+ V_{ZERO DAC}][增益 DAC][輸出放大器增益]

圖 2-3 PGA309 的精細(xì)增益調(diào)整