精密仪表放大器INA326/327及其应用
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关键词：仪表放大器 电源正负限 INA326/327
1 概述
INA326/327是美国德州仪器公司推出的精密电源正负限输入/输出仪表放大器。它的主要特点是输入或输出接近电源电压，因此能够提高输入和输出的动态范围。其共模输入电压范围为：（V-）-20mV～(V+)+100mV，并可保持良好的线性。由于INA326/327带有预调整电阻网络，因此无需提供精密匹配电阻，这样在实现高共模抑制（其CMR的典型值为114dB）的同时，很大地方便了用户。另外，INA326/327的增益可通过与输入信号隔离的外部增益电阻来设置，而且工作性能稳定，因此可广泛应用于医疗仪器设备、传感放大器、多路数据采集系统以及大范围测量等方面。
INA326采用8脚MSOP封装，INA327采用10脚MSOP封装，其中脚6（使能端）为高电平有效（电平电压VH应大于1.6V）。其引脚图见图1所示。
2 电路原理及参数
2.1 内部结构及原理
INA326的基本构成是3个运算放大器和4个电流镜。INA326/327可将输出电压信号转换为电流信号并进行处理，因而可有效抑制共模输入电压，且不需要精密匹配的电阻。该芯片的内部结构原理模框图如图2所示，由图可见：同相输入端VIN+与反相输入端VIN-可分别通过运算放大器A1、A2作用于R1，来自A1输出级的流过R1电流的IR1和复制自A1的镜像电流与A2输出级汇合后，由于电流镜作用将在脚5流出（或输入）电流为2IR1，因此，其电压增益为：
G=2R2/R1
由于内部电源泵可分A1、A2及相关电源提供所需电压，且其值可超过电源正负限。因此，加在其两端的电压可达到-20mV～+100mV。A3是电压的缓冲输出装置，其输入级亦由电源泵供给。
2.2 增益设置电阻
由内部结构可知，INA326是一个2级放大器，每级的增益分别由R1、R2设置，总增益G=2R2/R1。外接电阻R1、R2除对增益起决定性作用外，也直接影响到稳定性及温度漂移，因此要求精度较高时，应采用低温度系数的精密电阻。另外，连接R1、R2的布线及插座电阻也会产生增益误差，所以，在精度要求较高时，不能采用插座，要直接焊接，同时应尽减少脚1与脚8的杂散电容，而且应将脚4与脚7直接用电容相连接。外接电阻在+5V单电源±2.5V双电源两种情况下有着不同的最佳配置。R1的最佳值可通过式R1=VINmax/12.5μA来计算，但R1不能小于2kΩ。
2.3 电路性能参数
INA326/327的主要电气参数如表1所列。
表1 INA326/327的主要参数
| 参 数 | 典型值 | 单 位 |
| 增益公式（外接电阻设置增益） | G=2（R2/R1） | |
| 增益范围 | 0.1～10000 | V/V |
| 增益误差 | ±0.08 | % |
| 线性误差 | ±0.004 | % of FS |
| 增益温度系数 | ±6 | ppm/℃ |
| 输入失调电压 | ±20 | μV |
| 失调电压漂移 | ±0.1 | μV/℃ |
| 输入偏置电流 | ±0.2 | nA |
| 差分输入电阻||电容 | 10 10||2 | Ω||pF |
| 共模输入电阻||电容 | 10 10||14 | Ω||pF |
| 输入电压范围 | (V-)-0.02～(V+)+0.1 | V |
| 安全输入电压范围 | （V-）-0.5～(V+)+0.5 | V |
| 共模抑制 | 114 | dB |
| 频率响应宽度（-3dB） | 1 | kHz |
| 输出短路电流 | ±25 | mA |
| 容性负载驱动能力 | 500 | pF |
| 工作环境温度范围 | -40～125 | ℃ |
| 贮存温度范围 | -40～150 | ℃ |
3 典型应用
INA326的一种典型应用电路如图3所示。图中OPA551的60V运算放大器，可实现±27V的输出。其输出电压Vo可通过RF进行反馈，这样，增益为G=-RF/R1=-100V/V。由于INA326中内部电源泵的作用，其脚5的电压值可达VGND-20mV，因此，无需在脚5端连接附加的负电源。在该电路中，IB引起的失调电压为100pA·2kΩ=0.2μV。
图4是应用INA326设计的精密满幅度电压跟随器。当该电路的输入为高频信号时，应当在电路中接入电容C1，并取C1=100C2。该电路没有CMOS运算放大器常见的N/P输入级跨接效应，因此具有非常好的线性。
4 结束语
TI公司的精密电源正负限输入/输出仪表放大器INA326/327具有高精度、低价格和尺寸小等特点，可广泛应用于桥式放大器、热偶放器、传感器大器、高分辨率测试系统以及医疗仪器等方面。
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