精密仪表放大器INA326/327及其应用

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     数增益公式（外接电阻设置增益）增益范围增益误差线性误差增益温度系数输入失调电压失调电压漂移输入偏置电流差分输入电阻||电容共模输入电阻||电容输入电压范围安全输入电压范围共模抑制频率响应宽度（-3dB）输出短路电流容性负载驱动能力工作环境温度范围贮存温度范围

典型值	单    位
G=2（R2/R1）
0.1～10000	V/V
±0.08	%
±0.004	% of FS
±6	ppm/℃
±20	μV
±0.1	μV/℃
±0.2	nA
10 10||2	Ω||pF
10 10||14	Ω||pF
(V-)-0.02～(V+)+0.1	V
（V-）-0.5～(V+)+0.5	V
114	dB
1	kHz
±25	mA
500	pF
-40～125	℃
-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。