精密仪用放大器INA331原理及应用
摘要：
第一章 引言
INA331的轨到轨输出，低功耗CMOS仪表放大器，提供种类繁多，单电源工作，以及双极电源供电。INA331系列提供一个低的415μA静态电流（停机时降至0.01μA），低成本，低噪声的差分信号放大。选举在微秒之内的正常运行，这INA可用于电池或多通道应用。在内部配置的5V / V，获得更高的收益INA331提供灵活选择的外部电阻。INA331拒绝线路噪声和谐波，因为共模误差仍然很低，即使在更高的频率。高带宽和压摆率使得直接驱动采样模数（A/ D）转换器以及一般用途的应用。I
第二章 INA331结构原理及特点
一、特性
1、高增益精度：G= 5，0.02％，为2ppm/C
2、增益设置分机。电阻器> 5V/ V
3、低失调电压：250V
4、低偏置电流：0.5pA
5、带宽，压摆率：2.0MHz，5V/s
6、轨到轨输出摆幅：（V+） - 0.02V
7、宽温度范围：-55C至125C
8、低静态电流：最高490μA
二、应用
1、工业传感器放大器：桥，RTD，热电偶，位置
2、生理放大器：心电图，脑电图，肌电图
3、A / D转换器的信号调理电路
4、差分线路接收器增益
5、现场电表
6、PCMCIA卡
7、音频放大器
8、通信系统
9、测试设备
10、汽车仪表
三、结构原理图
INA331结构原理图如图1所示：
图1结构原理图
如图所示为INA331的信号和电源的基本连接电路。在噪声环境或高阻电源应用时，芯片电源端要用0．1μF的电容滤波，且应尽可能靠近芯片电源脚放置。输出电压以REF端为基准，REF端必须至少低于正电源电压1．2V。INA331／332的内部增益设置为5，若需要另设增益值，可在1、5脚之间和1、6脚之间分别接R1和R2来设置增益。增益与R1、R2的选择见下表，增益G=5+5R2／R1。外部增益设置电阻的选用对增益误差和增益漂移影响很大，应选用稳定性好、温度漂移小的电阻。
仪用放大器的三运放结构，是在差动运放的基础上发展起来的一种比较完善的结构形
式，如图2所示，其中，A1、A2为同相放大器，A3为差动放大器，三个运放都具有高输入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪声等特性，且A1、A2性能完全匹配。
第三章 INA331基本应用简介
一、设置增益
R2的比值R1，或在引脚1，5，6阻抗决定了INA331的增益。随着内部引脚5增益，INA331的增益可以被编程 。
当大于5按下列公式：
G = 5 + 5（R2/R1）
INA331旨在提供获得精确的增益， 误差小于0.1％。设置增益的电阻相匹配的TC 将最大限度地减少增益漂移。从外部电阻误差将增加直接的错误，并可能成为主要的误差来源。
图2 INA331基本应用连接图
二、共模输入范围
而共模输入范围的上限则是由共模输入范围的第二个放大器，A2，以下面1.2V正电源。在大多数情况下，放大器工作性能会降低超出了这一点。另外，输入范围的下限为界的输出摆幅放大器A1，是一个参考作用电压按下列公式：
VOA1=5 / 4 VCM - 1 / 4 VREF
。图3。提供输入共模路径
第四章 应用设计
一、高速A/ D转换器。
轨到轨输出，A与AB类共源输出级晶体管可用于实现对10或更大的收益轨到轨输出。对于电阻大于10kΩ负载越大，输出电压可摆幅在25毫伏的电源，同时保持低增益误差。对于更大的负载和温度，看到的典型特征“输出电压摆幅VS输出电流”的INA331的低输出阻抗高频率使得它可直接驱动电容适合输入A/ D转换器，如图4所示。
图4 高速A/ D转换器。
二、输出缓冲电路
输出缓冲
优化的INA331为10kΩ负载或更大的阻抗。对于更高的输出电流NA331可以使用OPA340缓冲，如图5所示。该OPA340可摆动范围内的电源轨为50mV，驱动600Ω负载。该OPA340可在微小的MSOP -8封装。
图5 输出缓冲电路
三、可选失调微调电压
该INA331是低失调电压微调激光。外接偏移调节是必需，偏移可以调整通过施加参考终端的电压校正。图6显示了可选的电路修整失调电压。电压施加到REF终端将被添加到输出信号。从REF获得输出电压是1。一个运算放大器缓冲器是用来提供低失调电压在REF端阻抗保持良好的共模排斥性。
图6。可选失调微调电压。
四、范例输出缓冲电路
输入保护
如果输入电压超过超过电源500mV，设备输入ESD将保护二极管。如果电流通过输入引脚的限至是10mA，瞬间电压大于500mV的超越电源可以接受的。这很容易实现与输入电阻RLIM，如图7。许多输入信号自身的电流就小10mA，因此，限流电阻是不是必需的。
图7 范例输出缓冲电路
五、医疗心电图应用
如图，图8显示配置，作为一种低成本的INA331心电图放大器，适合用于中等精度心率测试的器材的应用，如健身器材。该共模电压是由两个2MΩ电阻从病人的左，右手臂获得输入信号。这通过提供可选的缓冲区潜在右腿驱动器。过滤可以进行修改，以适应不断变化的应用需求所输出滤波电容值。
图8 心电图电路简化医疗应用
第五章 结论