德州仪器INA163：低噪声、低失真仪表放大器的卓越之选

在电子设计领域，一款性能出色的仪表放大器对于提升系统性能至关重要。今天，我们就来深入了解德州仪器（Texas Instruments）的INA163低噪声、低失真仪表放大器。

文件下载：ina163.pdf

特性亮点

低噪声与低失真

INA163在1kHz时的电压噪声低至1nV/√Hz，总谐波失真加噪声（THD + N）在1kHz、增益G = 100时仅为0.002%。如此出色的低噪声和低失真特性，使其在处理低电平音频信号时表现卓越，例如平衡低阻抗麦克风的信号处理。大家可以思考一下，在实际的音频录制场景中，这样低的噪声和失真能为音频质量带来多大的提升呢？

宽带宽与宽电源范围

它拥有800kHz（G = 100时）的宽带宽，能够满足多种高频信号处理的需求。同时，宽电源范围为±4.5V至±18V，这使得它在不同的电源环境下都能稳定工作，具有很强的适应性。

高共模抑制比与增益设置灵活

共模抑制比（CMR）大于100dB，能够有效抑制共模信号的干扰，提高信号的质量。增益可以通过外部电阻进行设置，公式为(G = 1 + frac{6000}{R_{G}})，这种灵活的增益设置方式为不同的应用场景提供了便利。

封装形式

采用SO - 14表面贴装封装，节省空间，并且规定在 - 40°C至 + 85°C的温度范围内工作，适用于多种工业、仪器仪表和医疗等应用环境。

应用领域广泛

INA163的出色性能使其在多个领域都有广泛的应用：

• 专业麦克风前置放大器：其低噪声、低失真和高共模抑制比的特性，能够为麦克风信号提供高质量的放大，确保音频信号的纯净度。
• 动圈式传感器放大器：可以有效处理动圈式传感器输出的微弱信号，提高传感器的性能。
• 差分接收器：在差分信号接收方面表现出色，能够准确地接收和处理差分信号。
• 桥式传感器放大器：为桥式传感器提供稳定的放大，保证测量的准确性。

电气特性详解

增益特性

增益范围为1至10000V/V，不同增益下的增益误差和非线性度都有很好的表现。例如，在G = 1时，增益误差为±0.1%；在G = 100时，增益误差为±0.2%。增益温度漂移系数在不同增益下也有相应的指标，如G = 1时为±1ppm/°C。大家在设计时，需要根据具体的应用需求来选择合适的增益，并考虑增益温度漂移对系统性能的影响。

噪声性能

输入级噪声在不同频率下有不同的表现，如在1kHz时电压噪声为1nV/√Hz，100Hz时为1.2nV/√Hz，10Hz时为2nV/√Hz。输出级噪声在1kHz时电压噪声为60nV/√Hz。对于低源阻抗（如200Ω），INA163能提供接近理论值的噪声性能。但当源阻抗大于10kΩ时，其噪声性能可能不是最优的，此时可以考虑其他仪表放大器。

输入输出特性

输入偏置电流、输入失调电压、输入电压范围等参数都有明确的指标。输出电压摆幅和输出短路电流等特性也为系统设计提供了参考。例如，输出电压在负载电容为1000pF时仍能保持稳定，短路电流为±60mA。

典型特性分析

增益与频率关系

从典型特性曲线可以看出，在不同增益下，放大器的带宽有所不同。随着增益的增加，带宽会相应减小。在设计时，需要根据系统对带宽和增益的要求进行合理的选择。

总谐波失真加噪声与频率关系

THD + N随着频率的增加而增大，在低频段表现较好。在音频应用中，需要关注低频段的THD + N指标，以确保音频信号的质量。

共模抑制比与频率关系

共模抑制比在低频时较高，随着频率的增加而逐渐降低。在实际应用中，要注意在不同频率下共模信号的抑制效果。

设计注意事项

增益设置电阻

增益设置电阻(R{G})的精度和温度系数会影响增益的准确性和温度稳定性。内部3kΩ反馈电阻的温度系数约为±25ppm/°C，因此外部(R{G})的选择也很重要。要确保与增益设置电阻的连接短而直接，避免输出信号靠近这些敏感的输入节点。

输入稳定性

非常低的源阻抗（小于10Ω）可能会导致INA163振荡。可以使用由小电感和电阻组成的输入稳定网络来减少振荡的可能性，如图2所示。

失调电压调整

通过向引脚10施加可变电压，可以调整输出失调电压。使用一个连接为缓冲器的运算放大器来为引脚10提供低阻抗，以确保良好的共模抑制。

输出感测

输出感测端子可以提高驱动负载时的增益精度。通过在负载处连接感测连接，可以将负载的I • R电压损失包含在反馈回路中。还可以在反馈回路中连接一个缓冲放大器来增加电流驱动能力。

应用电路示例

麦克风放大器

图5展示了一个专业麦克风输入放大器的典型电路。(R{1})和(R{2})为远程麦克风的48V幻象电源提供电流路径，(C{1})和(C{2})阻止幻象电源电压进入INA163输入电路。通过可变电阻(R{7})和(R{6})可以设置增益，(R{6})确定最大增益，(R{6}+R_{7})确定最低增益。

封装与订购信息

INA163有多种封装和订购选项，如SOIC（D）封装，引脚数为14。不同的订购型号在包装数量、载体等方面有所不同，例如INA163UA为50个/管，INA163UA/2K5为2500个/大卷带。在订购时，需要根据实际需求选择合适的型号。

总之，德州仪器的INA163仪表放大器以其出色的性能和丰富的特性，为电子工程师在设计各种应用电路时提供了一个可靠的选择。在实际设计过程中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择参数和设计电路，以充分发挥INA163的优势。大家在使用INA163的过程中，遇到过哪些问题或者有什么独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。