INA149 高共模压差放大器

特征描述

2 INA149是一个精确的单位增益差

共模电压范围：±75 V高输入共模放大器

最小共模抑制比：90分贝，电压范围为-40°C至+125°C。它是一个单片设备

直流规格：包括一个精密运算放大器和一个集成的薄片-–最大偏移电压：1100μV薄膜电阻网络。INA149可以精确地在以下情况下测量小的差动电压–最大偏移电压漂移：15μV/℃

共模信号高达±275 V。INA149–最大增益误差：0.02%输入受瞬时共模保护–最大增益误差漂移：10 ppm/℃或高达500 V的差动过载。–最大增益非线性：在许多应用中为0.001%FSR，其中不包括电流隔离需要时，INA149可以代替隔离放大器。•交流性能：这种能力可以消除昂贵的独立输入端–带宽：500 kHz

电源和相关的纹波、噪声和–典型转换率：5 V/μs静态电流。优良的0.0005%非线性

宽供电范围：INA149的±2.0V至±18V和500kHz带宽优于那些传统的隔离放大器。–最大静态电流：900μA–输出开启±15-V电源：？3.5 V INA149与INA117和INA148型高共模电压放大器

输入保护：并在两种设备上提供更好的性能。–共模：±500 V INA149可在SOIC-8封装中使用–差分：在扩展工业上规定的±500 V操作温度范围为-40°C至+125°C。

应用

高压电流感应

电池电压监测

电源电流监测

电机控制

更换隔离电路

这个集成电路可能被静电放电损坏。德州仪器建议所有集成电路适当的预防措施。不遵守正确的操作和安装程序可能导致损坏。ESD损坏的范围从细微的性能下降到设备完全失效。精密集成电路很容易损坏，因为非常小的参数变化可能导致设备不符合其公布的规范。

绝对最大额定值（1）

超出工作自由空气温度范围，除非另有说明。

（1） 超过这些额定值的应力可能导致永久性损坏。长期暴露在绝对最大条件下降低设备可靠性。这些仅为应力额定值，以及设备在这些或任何其他条件下的功能运行指定的那些不是隐含的。

（2） REFA和REFB是二极管夹持在电源轨上。施加在这些引脚上的信号，其摆动超过供电轨应限制在10毫安或以下。

电气特性：V+=+15 V和V–=-15 V在TA=+25°C时，RL=2 kΩ接地，VCM=REFA=REFB=接地，除非另有说明。

典型特征

在TA=+25°C时，RL=2 kΩ接地，VS=±15 V，除非另有说明

典型特征（续）

在TA=+25°C时，RL=2 kΩ接地，VS=±15 V，除非另有说明。

基本情况

图43显示了双电源操作所需的基本连接。在有噪声或高阻抗电源线的应用中，可能需要将去耦电容器放置在设备引脚附近。输出电压等于引脚2和3之间的差分输入电压。共模输入电压为拒绝。图44显示了单电源操作所需的基本连接。

传递函数

大多数应用使用INA149作为简单的单位增益差分放大器。传递函数在公式1:VOUT=（+IN）–（–IN）（1）然而，一些应用程序会对参考端子（REFA和REFB）施加电压。完全转移方程2给出了函数：VOUT = (+IN) – (–IN) + 20 × REFA – 19 × REFB

共模范围

INA149的高共模范围是通过以高精度分割输入信号来实现的电阻分压器。这个电阻分压器使正输入和负输入都在内部运算放大器。此输入范围取决于INA149的电源电压。图2和图3都可用于确定特定电源的最大共模范围电压。最大共模范围也可以通过确保内部放大器的负输入在电源电压的1.5 V范围内。如果内部放大器输入端的电压超过电源电压，则内部ESD二极管开始传导电流。该电流必须限制在10毫安，以确保不超过绝对值设备的最大额定值。

共模抑制

INA149的共模抑制（CMR）取决于输入电阻网络，该网络被激光修剪为精确的比率匹配。为了保持较高的CMR，重要的是要有低的源阻抗来驱动这两个输入。与引脚2或3串联的75Ω电阻将共模抑制比（CMRR）从100分贝（典型）至74分贝。与参考引脚串联的电阻也会降低CMR。与针脚1或5串联的4Ω电阻将共模抑制比从100分贝降低到74分贝。大多数应用不需要修剪。图45显示了可用于修剪的可选电路偏置电压和共模抑制。

（1） OPA171（一个36伏，低功率，RRO，通用运算放大器）可用于此应用。

测量电流

INA149可以通过感应串联电阻RS上的电压降来测量电流。图46显示了用于测量被测设备供电电流的INA149。感测电阻器使INA149的输入电阻器匹配不平衡，从而降低了其CMR。另外，输入INA149负载电阻，导致电压电流转换增益误差。这两个错误很容易纠正。CMR误差可以通过增加一个补偿电阻（RC）来修正，补偿电阻等于RS的值，如如图46所示。如果RS小于5Ω，则CMR中的退化可以忽略不计，RC可以省略。如果RS是大于约1 kΩ时，可能需要修整RC以达到大于90 dB CMR。这个错误是由INA149输入阻抗失配引起。

如果RS大于约50Ω，则增益误差大于INA149规范的0.02%。这个增益误差可以通过稍微增加RS值来修正。修正值（RS’）可以通过RS'=RS×380 kΩ/（380 kΩ–RS）（3）例如：对于1-V/mA传输函数，RS的标称未修正值为1 kΩ。稍大一点的值（RS'=1002.6Ω），补偿加载导致的增益误差。RS'方程式中的380-kΩ项公差为25%，因此感测电阻大于约400Ω可能需要微调，以获得高于0.02%的增益精度。

噪声性能

INA149的宽带噪声性能主要由内部电阻网络控制。热量或这些电阻器的约翰逊噪声测量值约为550 nV/√Hz。内部运算放大器实际上有助于频率高于100赫兹时无多余噪声。许多应用可能满足于小于INA149的全部500 kHz带宽。在这些情况下在输出端使用低通滤波器可以降低噪声。图47所示的两极滤波器限制了带宽减少噪音。因为INA149的1/f噪声角频率约为100赫兹，所以低于100赫兹的频率不会进一步降低噪音。不同滤波器频率的分量值如表1所示。

（1） 对于大多数应用，OPA171可以用作运算放大器。用于直接驱动逐次逼近寄存器（SAR）数据转换器，OPA140是一个不错的选择。

错误预算分析

下面的误差预算分析证明了当在高共模电压下测量小的差分信号。图48显示了一个典型的电流测量应用。

（1） 有关RC的详细信息，请参见测量电流部分

通过分流电阻器（RS）的最大电流为1A，并产生10 V的满量程电压降。所有计算中的误差源与满标度电压有关。共模电压方案为265 V，温度范围为室温（+25°C）至+85°C。表2显示INA149和竞争设备的主要误差源。

如果使用较小的并联电阻，则满量程电压降也较小。一个1Ω的并联电阻会导致一个1-V电流为1A时的电压降。满标度电压为10v时的误差为1808ppm当满标度电压仅为1V时，变为18080 ppm（1.6%）。这个例子表明，误差的主要来源，甚至超过温度，都来自于共模抑制比设备规范。共模误差为INA149总误差的46%，为竞争对手设备的总错误。

电池电压监测器

INA149可用于测量堆叠电池组中单个电池的电压。图49显示了此类应用的示例。