仪表放大器是一种在噪声环境下测量小信号的放大器，它利用高共模抑制比(CMR)将信号从噪声中分离出来。仪表放大器通常用于测量噪声较大的环境中，例如医疗设备、工业控制等场景。仪表放大器的输入阻抗非常高，通常达数GΩ，能在DC到约1MHz的频率范围内工作。对于更高频率的应用，输入容抗成为主要考虑因素。在高速应用中，差分放大器由于其速度优势被广泛采用，但是其输入阻抗相对较低。
仪表放大器通常由三个运算放大器组成，其中包括一个由两个运算放大器构成的前置放大器和一个差分放大器。前置放大器主要提供高输入阻抗、低噪声和预设增益；差分放大器则起到抑制共模噪声的作用，并在需要时提供附加增益。在选择仪表放大器时，设计工程师会特别关注几个关键参数：电源电流、–3dB带宽、共模抑制比(CMRR)、输入电压补偿和补偿电压温漂、输入噪声以及输入偏置电流。
此外，为了保护仪表放大器的输入端不受过电压的影响，可以采用外部限流电阻，并且配合内部静电放电(ESD)箝位二极管使用。设计师必须根据仪表放大器的噪声水平、电源电压和所需的过压保护水平来选择合适的电阻值，通常这些推荐值可以在数据手册中找到。然而，限流电阻会增加噪声，因此另一种解决方案是使用外部高电流箝位二极管和阻值非常小的电阻，但需要避免使用标准二极管，因为它们的漏电流很大，会产生随温度变化的输出漂移误差。
RF干扰整流(RFI整流)是传感器与仪表放大器之间长引线引起的问题，会导致RF干扰信号被仪表放大器整流成直流偏移。为了避免这种情况，可以在RF到达仪表放大器前将其滤除，通过设计低通滤波器来实现。在设计时，需要确保两个低通滤波器的截止频率匹配良好，以避免将共模信号转换为差分信号。在高频端，使用一个大的电容（C2）能将输入短路，从而降低匹配精度的要求。元件R1a和C1a，R1b和C1b分别构成同相和反相端的低通滤波器，其匹配精度至关重要，推荐使用±5%的C0G薄膜电容。
在市场上，单片仪表放大器的选择比单独的运算放大器要少得多，但使用单片仪表放大器有其优势，比如开发时间短、体积小、CMRR性能好以及由于片上电阻的使用导致的板寄生效应小。高质量的单片集成仪表放大器可以处理从几微伏到几伏的电压信号，并且通常只需要外接电阻来设定增益。
在分析三运放测量放大器内部电路时，它们通常具有增益调节功能，通过调节电阻RG可以改变增益而不影响电路对称性。输入级由两个性能一致的运算放大器（A1、A2）构成，工作在同相放大方式，构成平衡对称的差动放大输入级；而输出级运放A3用于进一步抑制共模信号，并接成单端输出方式以适应接地负载的需要。测量放大器的共模抑制比主要取决于输入级运放的对称性以及输出级运放的共模抑制比和外接电阻的匹配精度，这种电路结构的共模抑制比可达到120dB以上，适用于微弱信号与高共模电压共存的场合。
设计人员在选择仪表放大器时，应当考虑自己的具体应用场景和要求，综合考虑上述参数和结构，选择最适合的放大器解决方案。
