為什么輸出端共模信號的影響大于CMRR規(guī)格

Gustavo Castro

共模抑制比（CMRR）的概念是處理差分輸入電路時的基本概念，但它經(jīng)常被誤解。使用儀表放大器時，對電路中共模信號的影響有不正確的期望并不罕見。

例如，儀表放大器常用的CMRR測試包括測量輸出，同時將相同的信號施加到兩個輸入。AD8422B（配置為增益為10 V/V）的示例測試電路如圖1所示。第二個放大器AD8428的工作增益為2000，可放大被測器件產(chǎn)生的小誤差，使其更容易使用標準實驗室設備（如示波器）進行測量。1

圖1.共模抑制比測試電路。

通過此設置，可以觀察到輸入端40 V共模變化時輸出變化為2 mV，相當于AD20B輸出端的8422 μV電壓。這一點也不差，但有人可能會爭辯說，10 μV/V相當于100 dB的抑制，而數(shù)據(jù)手冊保證的CMRR至少為114 dB！我們是否發(fā)現(xiàn)了有缺陷的部件？CMRR去哪兒了？

CMRR只是差分增益除以共模增益的商。它可以根據(jù)以下表達式以 V/V 或 dB 表示：

CMRRV/V= A差異/一個厘米

CMRR分貝= 20log（A差異/一個厘米） = 20log（A差異） – 20log（A厘米)

之前測得的10 μV/V相當于–100 dB共模增益，而不是CMRR。由于放大器的增益設置為10 V/V（或20 dB），因此總CMRR為20 dB – （–100 dB） = 120 dB，大于器件規(guī)格中的114 dB。如果增益增加到100 V/V，則CMRR將再上升20 dB，達到140 dB！盡管如此，當新的增益和相同的2 V信號施加到輸入時，AD8422的輸出仍會變化10 μV。你可能會問，這怎么更好？這是否意味著我們在作弊？

嗯，不是真的;CMRR的定義對每個人來說都是一樣的。重要的是它保持這種方式，我們不會改變它。雖然不需要的共模信號會污染輸出，但它保持恒定，與增益無關。但如果差分增益很大，這種“污染”也會變小。換句話說，如果我們將共模誤差除以增益，將其與輸入信號進行比較，它實際上變得非常小。因此，輸出端的10 μV/V誤差相當于增益為1時的10 μV/V和增益為100時的100 nV/V。在測量小信號時，為什么這是一件好事應該很明顯。

請注意，并非所有儀表放大器的CMRR都隨著增益的增加而增加，有些甚至開始以更大的增益逐漸減少。換言之，CMRR為120 dB的儀表放大器只有在增益增加130 dB時才能達到20 dB。我們稱這種效果為CMRR壓縮。然而，我們已經(jīng)看到AD8422在不壓縮的情況下將其CMRR提高到160 dB。現(xiàn)在，伙計們，這是一個很難找到的CMRR性能。

圖2.AD8422 共模抑制比與頻率的關系

請注意，噪聲和高增益（20，000）使這種測量具有挑戰(zhàn)性。因此，有必要對源進行濾波，以盡量減少其噪聲貢獻。AD8428在其濾波器端子之間使用電容來降低測量帶寬。此外，需要適當?shù)钠帘魏徒泳€以避免外部噪聲拾取。

審核編輯：郭婷