德州仪器INA851全差分仪表放大器技术解析与应用指南‌

科技观察员 2025-09-08 729

描述

Texas Instruments INA851全差分仪表放大器是具有全差分输出的高精度仪表放大器。INA851优化用于驱动具有全差分输入的现代高性能模数转换器 (ADC) 输入。该放大器可在非常宽的单电源或双电源电压范围内运行。可通过短接或悬空两个引脚，将器件的输出级增益设置为0.2或1。可通过单个外部电阻器在1到10,000范围内设置输入级增益。

数据手册：*附件：Texas Instruments INA851全差分仪表放大器数据手册.pdf

TI INA851全差分仪表放大器采用了超级β输入晶体管，可提供非常低的输入偏置电流和低输入参考电流噪声。该器件采用先进的制造工艺，具有超低的电压噪声、输入失调电压和失调电压漂移。附加电路可保护INA851输入免受超过电源电压多达±40V的过压影响。此外，该器件输出具有内置钳位电路，可保护ADC或下游器件免受过驱损坏。

INA851非常适合在单电源（最小8V，最大36V）或双电源（最小±4V，最大±18V）供电的情况下运行。

特性

可使用外部电阻器在G = 0.2至10,000的范围内对增益进行编程
具有集成钳位的全差分输出
低失调电压：10µV（典型值），35µV（最大值）
低偏置漂移：0.1µV/°C（典型值），0.3µV/°C（最大值）
低输入偏置电流：5nA（典型值）
输入级噪声：3.2nV/√Hz、0.8pA/√Hz
高带宽：在G = 0.2时为22MHz，在G = 1时为15MHz
共模抑制：在G = 10时为106dB（最小值），在100 ≤ G ≤ 1000时为120dB（最小值）
电源抑制：在G = 1时为110dB（最小值）
电源电流：6mA（典型值）
输入过压保护：超出电源电压达±40V
供电范围：
- 单电源：8V至36V
- 双电源：±4V至±18V
指定温度范围：-40°C至+125°C
16引脚VQFN微型封装

ADC驱动器应用

全差分

详细原理图

全差分

框图

全差分

德州仪器INA851全差分仪表放大器技术解析与应用指南‌

‌一、核心特性与行业定位‌

‌创新架构‌
- 业界首款集成全差分输出的精密仪表放大器，采用电流反馈输入级+四电阻差分输出级架构
- 输入级增益GIN通过外部电阻RG可编程（0.2-10,000 V/V），输出级增益GOUT可选0.2或1 V/V
- 超低噪声：3.2 nV/√Hz电压噪声密度，0.8 pA/√Hz电流噪声密度
‌精密性能‌
- 超低偏移：输入级10 µV（典型值），输出级150 µV（G=1时）
- 低温漂：0.1 µV/°C输入级漂移，5 µV/°C输出级漂移
- 卓越线性度：±5 ppm非线性（G=1时）
‌防护特性‌
- ±40V输入过压保护（超越电源轨）
- 集成输出钳位电路（VCLAMP±引脚），可保护下游ADC

‌二、关键参数解析‌

‌参数‌	‌条件‌	‌典型值‌	‌单位‌
带宽	G=0.2时	22	MHz
共模抑制比(CMRR)	G=10, DC-60Hz	120	dB
电源抑制比(PSRR)	G=1, RTI	110	dB
输入偏置电流	25°C	5	nA
工作温度范围	-	-40至+125	°C

‌三、典型应用设计‌

‌1. PLC模拟输入模块‌

采用530Ω增益电阻实现12.375倍总增益
VOCM引脚配置为2.5V匹配ADC共模电压
47.4Ω+510pF滤波器抑制ADC电荷注入

‌2. 高精度ADC驱动‌

‌优化方案‌：

反馈电容（CFB 100pF）提升相位裕度
47.4Ω+510pF差分滤波器改善THD性能
实测驱动ADS127L11时达107.2dB SNR（Sinc4滤波器）

‌四、设计注意事项‌

‌热管理‌
- 热阻θJA=47.3°C/W，需将散热焊盘连接至VS-平面
- 满负载时芯片温升需控制在25°C内
‌布局规范‌
- RG电阻需紧贴器件引脚（间距<5mm）
- 输入走线对称布置，长度偏差<1mm
- 电源去耦电容（0.1μF）距电源引脚<3mm
‌输出钳位配置‌
- VCLAMP±电压需比VS±低至少1.5V
- 典型值：VCLAMP+=5V, VCLAMP-=0V（驱动5V ADC时）

‌五、选型对比‌

型号	增益范围	特色功能	适用场景
INA851	0.2-10,000	全差分输出+钳位保护	精密ADC驱动
INA818	1-10,000	传统仪表放大器架构	通用信号调理
INA849	1-10,000	超低噪声(1nV/√Hz)	医疗设备

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