许多工业和医疗应用在存在大共模电压和DC电位的情况下，都使用仪表放大器（INA）来调理小信号。三运算放大器（三运放）INA架构可执行该功能，其中输入级提供高输入阻抗，输出级过滤共模电压并提供差分电压。高阻抗与高共模抑制比的结合是流量传感器、温度传感器、称重装置、心电图（ECG）和血糖仪等众多传感器和生物计量应用的关键。

　　本文介绍了三运放INA的基础操作，分析了零漂移放大器的优点、RFI输入滤波器、监测传感器健康和可编程增益放大器，并列举了传感器健康监测器和有源屏蔽驱动（active shield guard drive）电路的应用范例。

　　三运放INA基础操作

　　INA本身的性质使其适用于调理小信号。其高阻抗与高共模抑制比的结合非常适合传感器应用。通过使用输入级的同相输入可实现高输入阻抗，无需靠任何反馈技巧（见图1）。三运放电路可消除共模电压，并以非常小的误差放大传感器信号，但必须考虑输入共模电压（VCM）和差分电压（VD），以免使INA的输入级达到饱和。

　　饱和的输入级可能看似对处理电路是正常的，但实际上却具有灾难性后果。通过使用具有轨到轨输入和输出（RRIO）配置的放大器来提供最大设计余量，有助于避免出现输入级饱和。以下讨论介绍了三运放INA的基本操作，并举例说明了放大器如何处理共模和差分信号。

　　图1是三运放INA的框图。按照设计，输入被分为共模电压VCM和差分电压VD。其中，VCM定义为两个输入的共用电压，是INA+与INA-之和的平均值，VD定义为INA+与INA-的净差（见式1）。

　　式1：

　　图1. 三运放INA及其电压节点

　　式2给出了由于施加共模电压和差分电压而在INA输入引脚上产生的节点电压（INA+、INA-）。

　　式2：

　　在非饱和模式下，A1和A2的运放在增益设置电阻RG上施加差分电压，产生电流ID：

　　式3：

　　因此A1和A2的输出电压为：

　　式4：

　　将式3代入式4可得：

　　式5：

　　其中

　　式5仅显示被增益G1放大的差分分量VD/2，共模电压VCM经过具有单位增益的输入级，并在随后被放大器A3的共模抑制抵消。此动作有助于INA将共模信号从所需的差分信号上消除，从而得到我们想要的结果。来自各种传感器的差分信号常常被放大100 - 1000倍，以获得测量所需的灵敏度。例子包括精密称重装置、医疗仪器、惠斯通（Wheatstone）电桥和热电堆传感器等等。