德州仪器（TI）24位过采样模数转换器ADS124S08的PGA模块设计

ADS124S08 是 TI 的24位模数转换器，它有12 路模拟输入通道，集成 PGA、双路 IDAC 激励源、2.5V 片上基准、数字滤波器与故障检测电路。具有低功耗特性，适用于测量微弱信号的传感器应用。

ADS124S08芯片简介（图源：芯片规格书）

从下面的功能框图看，ADS124S08芯片包含一个PGA,介于输入信号选择器与ADC之间，可以将微弱信号放大到适配ADC采集的合适幅度。下面和大家一起具体分析一下PGA 。

ADS124S08功能框图（图源：芯片规格书）

PGA（Programmable Gain Amplifier，可编程增益放大器）就是增益大小可通过数字信号动态配置的模拟放大器，属于模拟前端（AFE）核心模块。

它通过自动切换放大倍数，使放大器输出强弱不一的模拟信号，调整到ADC模数转换器合适的输入电压区间，可有效提升采集系统动态范围，弱信号时开大增益，强信号时降低增益，防止信号饱和失真。

PGA流程框图（图源：网络）

如上框图所示，PGA包含信号输入、增益参数配置、电阻网络切换、差分信号放大、PGA输出等模块。

回到ADS124S08芯片中的PGA，它的工作原理可以总结为，来自多路选择器的信号经过缓存器送入带斩波稳定电路的全差分放大器中，通过可编程反馈电阻阵列调整放大倍数，最后输出信号给到后面的ADC。

下图是ADS124S08芯片的局部概貌图，其中红框区域是PGA所在位置。可以看出，PGA模块在芯片中和周围模块拉开间距，且四周搭配保护环隔离数字噪声。

ADS124S08芯片概貌图

（图源：IPBrain平台）

下图是ADS124S08的顶层电路图，其中红框模块为PGA。

ADS124S08顶层电路图

（图源：IPBrain平台）

PGA工作时，输入信号经过外部低通滤波器给到VIP和VIM，滤除高频干扰，同时外部数字信号控制内部开关调节的可编程反馈电阻阵列（下图红框），选定合适的放大倍数。

随后信号进入斩波稳定全差分放大单元，斩波调制电路(下图蓝框)将低频有用信号调制到高频送入放大器中放大，之后解调还原信号，同时把放大器自身的失调电压与1/f噪声转移到高频并滤除，抑制共模干扰。

最后，经过放大调理后的差分模拟信号从PGA输出，送入后端ΔΣ调制器开展模数转换。

PGA 电路图（图源：IPBrain平台）

可编程增益放大器PGA 依靠切换反馈电阻网络改变增益，核心作用是把宽动态范围传感器信号适配到 ADC 量程，在工业、医疗、测试仪器广泛用作模拟前端，并与数字增益协同，在模拟信号链路持续发挥不可替代的作用。