CMRR 共模抑制比對(duì)儀表放大器的精度影響

儀表放大器，簡(jiǎn)稱儀放，英文名叫做Instrument Amplifier，通常用于高精密低頻信號(hào)檢測(cè)，像溫度，壓力等電橋差分測(cè)量，電流取樣，生物電等微弱差分信號(hào)放大。這些信號(hào)有共同的特點(diǎn)就是：差分信號(hào)，幅度較小，源阻抗較高，并且共模電壓變化比較大。放大這些信號(hào)通常直流精度要求較高，失調(diào)電壓，失調(diào)電流通常是我們關(guān)注的參數(shù)，然而還有一個(gè)非常重要的參數(shù)，CMRR，共模抑制比也會(huì)對(duì)儀表放大器的精度造成重要的影響。

共模抑制比，描述的是放大器共模電壓的變化導(dǎo)致的輸出電壓的變化，通常使用dB值來(lái)描述。舉個(gè)例子，比如80dB的共模抑制比，代表共模電壓變化1V，輸入失調(diào)電壓變化0.1mV，如果放大1000倍，那么對(duì)應(yīng)的輸出失調(diào)電壓將變化100mV。

其中 Vout 為輸出失調(diào)電壓；Vcm 為輸入共模電壓；即輸入端對(duì)地共模電壓與 Vref 之間的差值；Gain 為儀表放大器的增益。從公式上看，儀表放大器的共模電壓導(dǎo)致的輸出失調(diào)電壓變化與增益有關(guān)系。實(shí)際上，儀表放大器的CMRR指標(biāo)在不同的增益下是不同的。比如TI典型的高精度零失調(diào)儀表放大器INA188，在增益為1的時(shí)候，CMRR最小值為84dB，而在增益為1000的時(shí)候，CMRR的最小值為118dB，典型值為130dB。所以重復(fù)上面的例子，使用INA188放大1000倍，1V的共模電壓變化，典型情況下輸出失調(diào)電壓變化僅僅為0.3mV，這可以滿足絕大部分應(yīng)用場(chǎng)合的應(yīng)用要求。

上圖所示的是一個(gè)典型的電橋測(cè)量方案，包含前級(jí)差分儀表放大器，電平移位限幅緩沖驅(qū)動(dòng)ADC等結(jié)構(gòu)，提供高精度的小信號(hào)采樣。典型的儀表放大器可以參考INA188, INA826, INA333，可以覆蓋從高電壓到低功耗的全部場(chǎng)合，并且CMRR在放大倍數(shù)為10的時(shí)候的最小值大于100dB。OPA196為TI全新一代的E-trim運(yùn)算放大器，直流失調(diào)電壓更是在100uV以下，OPA191甚至達(dá)到5uV 。這樣高的CMRR和低的失調(diào)電壓，提高系統(tǒng)精度的同時(shí)可以降低系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度和成本，提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

審核編輯：符乾江