NEST013 June 2023 INA333 , INA350

2 雙電源電路

圖 1 是使用德州儀器 (TI) TLV9064 四路運算放大器電路之離散式雙電源 IA 的簡化電路圖。在此電路中，四個放大器通道中的三個 (A、B 和 C) 連接為傳統的三路運算放大器 IA。參考電壓 (V_REF) 連接至接地。由於未使用第四個通道 D，因此可透過電阻器，將其做為緩衝器連接至中間供電 (接地)，以實現瞬態穩固性。所有標示「R」的電阻器的值均為 10 kΩ；R_G 設定差動增益。差動輸入電壓為 V_IN+ − V_IN–，而輸出電壓為 V_OUT。並未顯示如負載電阻器 (10 kΩ) 及去耦電容器等部分元件。透過從封裝觀點繪製所有電路，可說明外部離散元件的數量。

圖 1 使用四路運算放大器的離散式雙電源 IA。

方程式 1 提供此電路的傳輸函數：

方程式 1.

V_{O U T} = (V_{I N +} - V_{I N -}) \times [1 + \frac{20 k Ω}{R_{G}}]

當 PCB 面積和性能的重要性低於成本與增益範圍時，設計人員通常會選擇離散式 IA。之所以選擇 TI 的 TLV9064IRUCR 運算放大器進行此比較，是由於其為軌至軌輸入/輸出產品 (RRIO)，且具有大頻寬 (10 MHz) 和偏低的典型初始輸入偏移電壓 (V_OS(typ)= 300 µV)，並採用小型封裝 (RUC = X2QFN = 4 mm²)。雖然有較平價的 RUC/X2QFN 封裝 RRIO 四路運算放大器，但這類運算放大器會犧牲頻寬和典型偏移電壓。

為了符合設計離散式 IA 的優先考量，因此安裝了平價的 ±1% 公差、±100-ppm/°C 漂移電阻器。這類電阻器不僅在初始值上有所不同，也可能會隨著溫度變化而出現明顯偏移。由於 R_G 位於外部，因此此配置的增益主要受運算放大器的輸入偏移電壓限制。

圖 2 是 TI INA350ABS 的簡化電路圖，其為具備整合式 R_G 的通用雙電源 IA。V_REF 連接至接地。此電路整合了 IA 中的所有電阻器。差動輸入電壓為 V_IN+ − V_IN–，而輸出電壓為 V_OUT。並未顯示如負載電阻器 (10 kΩ) 及去耦電容器等部分元件。IA 的增益是根據連接至針腳 1 的開關所設定 (開路 = 20 V/V，閉合 = 10 V/V)。在實際應用中，不存在開關。若要啟用產品，請將針腳 8 (SHDN) 連接至 V+ 或讓其保持浮動。

圖 2 具有整合式 R _G 的通用雙電源 IA。

方程式 2 提供此電路的傳輸函數：

方程式 2.

V_{O U T} = (V_{I N +} - V_{I N -}) \times [10 \frac{V}{V} o r 20 \frac{V}{V}]

當設計人員需要在成本、性能與 PCB 面積間取得平衡時，通常會選擇此 IA。之所以選擇 INA350ABSIDSGR IA，是因為其可購性、性能、小型封裝 (引線 DSG = WSON = 4 mm²)、可選增益 (10 V/V 或 20 V/V) 和偏低的典型輸入偏移電壓 (V _OS(typ) = 200 µV)。此實作不需要外部零組件。針對需要更高增益的設計，INA350CDS 具有 30 V/V 或 50 V/V 的增益。

圖 3 是 TI INA333 精密雙電源 IA 的簡化電路圖，其具備外部 R_G。V_REF 連接至接地。在此電路中，IA 整合了 R_G 之外的所有電阻器。差動輸入電壓為 V_IN+ − V_IN–，而輸出電壓為 V_OUT。並未顯示如負載電阻器 (10 kΩ) 及去耦電容器等部分元件。

圖 3 具有外部 R_G 的精密雙電源 IA。

方程式 3 提供此電路的傳輸函數：

方程式 3.

V_{O U T} = (V_{I N +} - V_{I N -}) \times [1 + \frac{100 k Ω}{R_{G}}]

當性能是最優先考量時，設計人員通常會使用精密 IA。之所以選擇 INA333AIDRGR 精密 IA 進行此比較，是因為其為低電壓 (5 V)、具有卓越的精密度 (G = 1 V/V，V_OS(typ) = 35 µV)，並採用小型封裝 (DRG = WSON = 9 mm²)。隨著溫度變化的性能取決於選擇的外部 R_G。因此，為了符合主要的設計優先考量，也就是性能，我們使用精密 R_G 以達到 10 V/V 的增益 (±0.05%、±10 ppm/°C)。由於整合了精密運算放大器，因此此實作具有優異的增益範圍 (1 V/V 至 1,000 V/V)。然而，有鑑於整合式精密運算放大器和所需的精密 R_G，總成本通常高於其它兩種解決方案。