德州儀器INA163：低噪聲、低失真儀表放大器的卓越之選

在電子設(shè)計領(lǐng)域，一款性能出色的儀表放大器對于提升系統(tǒng)性能至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解德州儀器（Texas Instruments）的INA163低噪聲、低失真儀表放大器。

文件下載：ina163.pdf

特性亮點

低噪聲與低失真

INA163在1kHz時的電壓噪聲低至1nV/√Hz，總諧波失真加噪聲（THD + N）在1kHz、增益G = 100時僅為0.002%。如此出色的低噪聲和低失真特性，使其在處理低電平音頻信號時表現(xiàn)卓越，例如平衡低阻抗麥克風(fēng)的信號處理。大家可以思考一下，在實際的音頻錄制場景中，這樣低的噪聲和失真能為音頻質(zhì)量帶來多大的提升呢？

寬帶寬與寬電源范圍

它擁有800kHz（G = 100時）的寬帶寬，能夠滿足多種高頻信號處理的需求。同時，寬電源范圍為±4.5V至±18V，這使得它在不同的電源環(huán)境下都能穩(wěn)定工作，具有很強的適應(yīng)性。

高共模抑制比與增益設(shè)置靈活

共模抑制比（CMR）大于100dB，能夠有效抑制共模信號的干擾，提高信號的質(zhì)量。增益可以通過外部電阻進行設(shè)置，公式為(G = 1 + frac{6000}{R_{G}})，這種靈活的增益設(shè)置方式為不同的應(yīng)用場景提供了便利。

封裝形式

采用SO - 14表面貼裝封裝，節(jié)省空間，并且規(guī)定在 - 40°C至 + 85°C的溫度范圍內(nèi)工作，適用于多種工業(yè)、儀器儀表和醫(yī)療等應(yīng)用環(huán)境。

應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

INA163的出色性能使其在多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用：

• 專業(yè)麥克風(fēng)前置放大器：其低噪聲、低失真和高共模抑制比的特性，能夠為麥克風(fēng)信號提供高質(zhì)量的放大，確保音頻信號的純凈度。
• 動圈式傳感器放大器：可以有效處理動圈式傳感器輸出的微弱信號，提高傳感器的性能。
• 差分接收器：在差分信號接收方面表現(xiàn)出色，能夠準確地接收和處理差分信號。
• 橋式傳感器放大器：為橋式傳感器提供穩(wěn)定的放大，保證測量的準確性。

電氣特性詳解

增益特性

增益范圍為1至10000V/V，不同增益下的增益誤差和非線性度都有很好的表現(xiàn)。例如，在G = 1時，增益誤差為±0.1%；在G = 100時，增益誤差為±0.2%。增益溫度漂移系數(shù)在不同增益下也有相應(yīng)的指標，如G = 1時為±1ppm/°C。大家在設(shè)計時，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求來選擇合適的增益，并考慮增益溫度漂移對系統(tǒng)性能的影響。

噪聲性能

輸入級噪聲在不同頻率下有不同的表現(xiàn)，如在1kHz時電壓噪聲為1nV/√Hz，100Hz時為1.2nV/√Hz，10Hz時為2nV/√Hz。輸出級噪聲在1kHz時電壓噪聲為60nV/√Hz。對于低源阻抗（如200Ω），INA163能提供接近理論值的噪聲性能。但當(dāng)源阻抗大于10kΩ時，其噪聲性能可能不是最優(yōu)的，此時可以考慮其他儀表放大器。

輸入輸出特性

輸入偏置電流、輸入失調(diào)電壓、輸入電壓范圍等參數(shù)都有明確的指標。輸出電壓擺幅和輸出短路電流等特性也為系統(tǒng)設(shè)計提供了參考。例如，輸出電壓在負載電容為1000pF時仍能保持穩(wěn)定，短路電流為±60mA。

典型特性分析

增益與頻率關(guān)系

從典型特性曲線可以看出，在不同增益下，放大器的帶寬有所不同。隨著增益的增加，帶寬會相應(yīng)減小。在設(shè)計時，需要根據(jù)系統(tǒng)對帶寬和增益的要求進行合理的選擇。

總諧波失真加噪聲與頻率關(guān)系

THD + N隨著頻率的增加而增大，在低頻段表現(xiàn)較好。在音頻應(yīng)用中，需要關(guān)注低頻段的THD + N指標，以確保音頻信號的質(zhì)量。

共模抑制比與頻率關(guān)系

共模抑制比在低頻時較高，隨著頻率的增加而逐漸降低。在實際應(yīng)用中，要注意在不同頻率下共模信號的抑制效果。

設(shè)計注意事項

增益設(shè)置電阻

增益設(shè)置電阻(R{G})的精度和溫度系數(shù)會影響增益的準確性和溫度穩(wěn)定性。內(nèi)部3kΩ反饋電阻的溫度系數(shù)約為±25ppm/°C，因此外部(R{G})的選擇也很重要。要確保與增益設(shè)置電阻的連接短而直接，避免輸出信號靠近這些敏感的輸入節(jié)點。

輸入穩(wěn)定性

非常低的源阻抗（小于10Ω）可能會導(dǎo)致INA163振蕩?？梢允褂糜尚‰姼泻碗娮杞M成的輸入穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)來減少振蕩的可能性，如圖2所示。

失調(diào)電壓調(diào)整

通過向引腳10施加可變電壓，可以調(diào)整輸出失調(diào)電壓。使用一個連接為緩沖器的運算放大器來為引腳10提供低阻抗，以確保良好的共模抑制。

輸出感測

輸出感測端子可以提高驅(qū)動負載時的增益精度。通過在負載處連接感測連接，可以將負載的I ? R電壓損失包含在反饋回路中。還可以在反饋回路中連接一個緩沖放大器來增加電流驅(qū)動能力。

應(yīng)用電路示例

麥克風(fēng)放大器

圖5展示了一個專業(yè)麥克風(fēng)輸入放大器的典型電路。(R{1})和(R{2})為遠程麥克風(fēng)的48V幻象電源提供電流路徑，(C{1})和(C{2})阻止幻象電源電壓進入INA163輸入電路。通過可變電阻(R{7})和(R{6})可以設(shè)置增益，(R{6})確定最大增益，(R{6}+R_{7})確定最低增益。

封裝與訂購信息

INA163有多種封裝和訂購選項，如SOIC（D）封裝，引腳數(shù)為14。不同的訂購型號在包裝數(shù)量、載體等方面有所不同，例如INA163UA為50個/管，INA163UA/2K5為2500個/大卷帶。在訂購時，需要根據(jù)實際需求選擇合適的型號。

總之，德州儀器的INA163儀表放大器以其出色的性能和豐富的特性，為電子工程師在設(shè)計各種應(yīng)用電路時提供了一個可靠的選擇。在實際設(shè)計過程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇參數(shù)和設(shè)計電路，以充分發(fā)揮INA163的優(yōu)勢。大家在使用INA163的過程中，遇到過哪些問題或者有什么獨特的設(shè)計經(jīng)驗?zāi)?？歡迎在評論區(qū)分享交流。