集成式 vs 分立式差分放大器：性能对比与工程选型指南

在电流检测、电池监控及高边电压采样等应用中，差分放大器（Differential Amplifier, DA）是提取微小差分信号并抑制共模噪声的关键电路。工程师通常面临两种实现路径：基于通用运放与外部电阻的分立方案，或采用单芯片集成式DA。本文从增益精度、温漂、失调电压、共模抑制比（CMRR）及布局尺寸等维度，结合实测数据，系统分析两类方案的工程适用性。

增益误差与温漂：匹配决定成败

典型DA由一个运放和四个电阻构成（R1–R4），其增益由 R2/R1 比值设定（假设 R1=R3, R2=R4）。若使用±1%容差的分立电阻，即使理想配对，理论增益误差仍可达 2%。更严重的是，PCB上不同位置的电阻受热不均，导致温度梯度引发增益漂移——这在太阳能逆变器或电机驱动等温变剧烈场景中尤为突出。

相比之下，集成式DA（如TI德州仪器 INA600）采用片上薄膜电阻，经激光修调后匹配精度可达 0.01%，且四电阻同处一芯片，温度变化时同步漂移，维持增益比稳定。实测数据显示，在 -40°C 至 +125°C 范围内，集成方案的增益温漂可低至 5 ppm/°C，而分立方案常超过 50 ppm/°C。

失调电压与CMRR：系统精度的核心

失调电压经增益放大后直接叠加于输出，影响测量精度。分立方案虽可自由选用超低失调运放（如零漂移型），但整体性能仍受限于电阻失配。更重要的是，CMRR对电阻匹配极度敏感：即便运放自身CMRR达100 dB，仅1%的电阻失配即可使系统CMRR骤降至60 dB以下。

集成式DA通过工艺级电阻匹配，轻松实现 90–130 dB 的CMRR（DC条件下），并在高频下保持优势（如INA600在100 kHz仍维持80 dB以上）。这对开关电源、SiC逆变器等存在高频共模噪声的环境至关重要——分立方案因寄生电感与电阻公差，难以复现同等抗扰能力。

超电源轨输入与布局优势

集成DA另一常被忽视的优势是支持输入电压超出电源轨。其内部电阻分压网络将高压信号衰减后再送入运放，因此即使VCC=5V，亦可安全监测±35V共模电压（如INA600）。而分立运放受限于器件绝对最大额定值，通常无法实现此类功能。

此外，集成方案显著节省PCB面积。以0402封装电阻构建分立DA需约 25 mm²，而INA600采用QFN封装仅占 9 mm²，且无需精密布局匹配走线，降低EMI敏感度。

工程选型建议

优先选择集成式DA：当系统要求高精度（<1%误差）、宽温工作、强共模抑制或空间受限时，集成方案在性能、可靠性和开发效率上全面胜出。

考虑分立方案的场景：仅在成本极度敏感、增益极低（如G=1）、且可通过软件校准补偿误差的非关键应用中，分立DA仍有价值。

结语

尽管分立DA在理论上灵活，但实际性能受制于元件公差、热耦合与布局寄生参数。集成式差分放大器通过片上匹配、修调工艺与优化架构，在关键指标上实现了数量级提升。对于现代高密度、高可靠性电源与传感系统，集成DA已不仅是“更好”的选择，而是工程落地的必然路径。

深圳市中芯巨能电子有限公司代理销售TI德州仪器 旗下全系列IC电子元器件，现货供应，原厂货源，保证原厂原装正品，一片起订，满足您从研发到批量生产的所有大小批量采购需求。如需INA600等产品规格书、样片测试、采购、BOM配单等需求，请加客服微信：13310830171。