可編程增益放大器(PGA) 是特殊的放大器結(jié)構(gòu)（請參見圖1），具有經(jīng)過修整的內(nèi)部電阻器網(wǎng)絡(luò)，擁有比采用離散式電阻器組件的放大器更高的性能。正如圖1中PGA 傳輸函數(shù)所顯示那樣，PGA 輸出的絕對誤差與內(nèi)部偏移電壓(VOS)、增益精度和VREF 絕對精度有關(guān)。
圖1 相應(yīng)傳輸函數(shù)的PGA 配置舉例
在一些使用PGA 的應(yīng)用中，關(guān)鍵的DC 規(guī)范為VOS、增益精度與偏移、噪聲以及靜態(tài)功耗。如果參考引腳VREF 不以運(yùn)算放大器緩沖電路驅(qū)動，則PGA 傳輸函數(shù)的精度會受到極大影響。另外，從AC 的角度來看，一個(gè)常見的難題是維持頻率下的增益精度，其會受到參考引腳電壓VREF 以及對它起到緩沖作用的運(yùn)算放大器的影響。
考慮到帶寬、AOL(ω)、RO(ω) 和運(yùn)算放大器緩沖電路的反饋系數(shù)(β)（請參見圖2）大小的情況下，我們便可以更好地理解運(yùn)算放大器效應(yīng)對VREF 所產(chǎn)生的影響。
圖2 Vref 緩沖分壓器電壓
由于緩沖器本身β = 1，因此輸出電壓VREF 等于AOLVIN。VREF 流入緩沖放大器反相輸入端的輸入偏置電流，決定了負(fù)載電流的大小程度。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)樨?fù)載電流的大小會調(diào)節(jié)環(huán)路增益(AOLβ) 和閉環(huán)輸出阻抗ROUT。
圖2 顯示了VREF 緩沖器的閉環(huán)內(nèi)部電路：Rout、Ro 和AOL 之間的重要關(guān)系如方程式1 所示：
方程式 1
總之，隨著頻率不斷增加，運(yùn)算放大器通過減小AOL、增加Rout 以及延長穩(wěn)定時(shí)間來保持固定輸出電壓和低阻抗的能力下降。這會影響PGA 增益誤差的精度。
為了方便說明，請思考圖3所示單端PGA 之例。輸入信號VIN 有其DC 組成部分(2.5V)，而AC 信號為一個(gè)200 mVpp、5 kHz 正弦波：
圖3 緩沖器單端PGA
圖4 以TINA Spice 中的“萬用表”功能對圖5 進(jìn)行分析
我們可以利用TINA Spice 中的“萬用表”功能（請參見圖4），獲得輸入電壓對輸出電壓的RMS 值，并用其計(jì)算總輸出誤差，具體計(jì)算方法如方程式2 和3：
例如，微功耗精密運(yùn)算放大器OPA333 便擁有~350 kHz 的增益帶寬(GBW) 積。因此，在5 kHz下，閉環(huán)特性會下降到造成第二個(gè)運(yùn)算放大器（如OPA376）輸出端產(chǎn)生0.08% 誤差的程度。若使用一個(gè)更高GBW 的放大器（如：另一個(gè)精密運(yùn)算放大器）便可減小這種誤差。
通過在TINA SPICE 中繪制出傳輸函數(shù)(VOUT/VIN) 與頻率曲線圖的關(guān)系圖，我們可以直觀地看到改變阻抗頻率的效果（請參見圖5）。請注意，相比OPA333，OPA376 當(dāng)作緩沖器時(shí)，增益與頻率的關(guān)系更加恒定：
圖5 OPA333 和OPA376 緩沖器比較圖
結(jié)果表明，把一個(gè)帶寬較高的運(yùn)算放大器（例如：OPA376 等）用作VREF 緩沖放大器，可明顯改善總輸出誤差。
下次，我們將討論音頻處理系統(tǒng)中不斷增加的THD（原因和方法分析）。
參考文獻(xiàn)
· 《直觀型運(yùn)算放大器之從基礎(chǔ)到實(shí)際應(yīng)用》，作者：Frederiksen, Thomas M.。
· 《運(yùn)算放大器穩(wěn)定性，第3 部分（共15 部分），RO 和ROUT》（http://www.en-genius.net/includes/files/acqt_030705.pdf ），作者：Tim Green。
· 運(yùn)算放大器的更多詳情，敬請?jiān)L問：http://www.ti.com.cn/lsds/ti_zh/analog/amplifiersandlinears/amplifiersandlinears.page