5 元件选型和权衡

添加电阻器和电容器需要权衡多种因素，包括噪声增加和布板空间有限。为此，典型电阻值（如图 5-1 中的 R1 和 R2 所示）范围为 100 kΩ 至 1 MΩ。选择的阻值通常应大于差分源电阻。不过，仪表放大器输入偏置电流流过电阻器并在电阻器上产生压降，因此电阻器阻值高则会引入更高的热噪声，并产生直流失调电压。此外，输入偏置电流会流入输入阻抗并产生电压，从而增加系统总体误差，如图 5-1 和Equation1 所示：

使用容值更高的电容器时可以使用更小的电阻器；不过，大电容器会占用更多的布板空间。在元件选型中，除了电容值外，电容器的类型也起着重要作用。根据应用，设计人员可能需要选择特定的电容器等级，因为等级可能影响线性度和失真性能。C0G 级电容器的电容在各种温度、电压和频率下是所有陶瓷电容器中最稳定的，因此可产生最低的失真。陶瓷 X7R 级和 X5R 级电容器在不同温度、电压和频率下并不那么稳定，在不同频率下的失真可能是不可接受的。

除了权衡噪声、失调电压误差和布板空间外，这些增加的元件还可能影响总体精度。添加到电路两个输入路径中的电阻器和电容器彼此之间必须精确匹配，即 R1 必须匹配 R2，C1 必须匹配 C2。这些元件之间的任何失配都会降低交流共模抑制比 (CMRR)，从而将此共模信号转变为差分信号，并在电路的输出端引入误差。保持 CMRR 的一种方式是降低 RC 组合的截止频率。不过，这种方法需要更大的电阻值和电容值，因此会产生更大的噪声并占用更大的布板空间。提高精度的另一种方法是再添加一个电阻器，其阻值通常是另两个电阻器的十分之一。将这第三个电阻器连接在仪表放大器输入之间。

图 5-2 展示了添加第三个电阻器后输出误差的改进情况。这些电路展示的是 INA849，其输入偏置电流为 50 nA（最大值）。如Equation1 所示，输入偏置电流流入输入阻抗后产生电压，该电压随后在仪表放大器的输出中显示为误差。同样，如果 IA 配置了增益，则误差也会被放大，从而在输出端增加更多的误差。在 IA 的输入之间添加第三个电阻器（如下面的电路所示）可降低总体输入阻抗，从而在输出端得到更小的系统误差。在左侧的电路中，使用了两个精确匹配的 10 MΩ 电阻器。添加第三个 1MΩ 电阻器可显著降低输出误差。

遗憾的是，电阻器在生产中无法精确匹配，而是按照容差对电阻器进行标记。1% 的 1 MΩ 电阻器可以产生高达 1% 的偏差，而且仍然在容差范围内。图 5-3 显示了两个电路，其中 R1 和 R2 误差为 ±1%；这可能是最坏的情形。但添加第三个电阻器可显著降低输出误差。根据系统要求，该第三个电阻器可以让设计人员使用容差更低的电阻器并仍能实现高精度输出。

请注意，该第三个电阻器具有一组特有的缺点。虽然添加第三个电阻器可以让设计人员抵销 R1 和 R2 之间电阻器较大失配所带来的影响，但添加第三个电阻器确实可以降低总体阻抗。降低输入阻抗可能影响驱动 IA 的传感器电路。设计人员必须确保由 R1 至 R3 形成的阻抗与源输出阻抗相比仍然较大。降低输入阻抗还会更改直流阻断高通滤波器的转角频率。根据应用，可能需要通过提高耦合电容器的容值来调整该转角频率。