【導(dǎo)讀】與差分輸入電路打交道時(shí)，共模抑制比(CMRR)是基本概念，但常常被誤解。使用儀表放大器時(shí)，關(guān)于電路中共模信號(hào)的影響，遇到不正確的期望并不罕見(jiàn)。
問(wèn)題:
為什么輸出端共模信號(hào)的影響大于CMRR規(guī)格值？
答案:
與差分輸入電路打交道時(shí)，共模抑制比(CMRR)是基本概念，但常常被誤解。使用儀表放大器時(shí)，關(guān)于電路中共模信號(hào)的影響，遇到不正確的期望并不罕見(jiàn)。
例如，儀表放大器的一項(xiàng)常用CMRR測(cè)試是將同一信號(hào)施加于兩個(gè)輸入端，然后測(cè)量輸出。圖1所示為 AD8422B的測(cè)試電路示例（配置為10 V/V的增益）。第二放大器 AD8428以增益2000工作，將被測(cè)器件產(chǎn)生的小誤差放大，從而更容易利用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備（如示波器）測(cè)量。1
圖1.CMRR測(cè)試電路
在這種設(shè)置下，對(duì)于輸入端的2 V共模變化，可以觀(guān)察到輸出改變40 mV，相當(dāng)于A(yíng)D8422B輸出端改變20 µV。這一點(diǎn)也不差，但有人可能會(huì)爭(zhēng)辯說(shuō)：10 µV/V對(duì)應(yīng)于100 dB的抑制，但數(shù)據(jù)手冊(cè)保證至少114 dB的CMRR！難道是器件有缺陷？CMRR去了哪里？
如果您讀過(guò)非常見(jiàn)問(wèn)題解答"鉆石圖"，您應(yīng)當(dāng)記得必須驗(yàn)證的第一個(gè)條件是確認(rèn)測(cè)試是在放大器的共模范圍以?xún)?nèi)進(jìn)行。利用新的 Diamond Plot tool on analog.com，不需要一分鐘便可完成驗(yàn)證！如果一切都很好，下一步便是檢查CMRR定義。
CMRR就是差分增益與共模增益之比。根據(jù)如下公式，其單位可以是V/V或dB：
之前測(cè)量的10 µV/V相當(dāng)于–100 dB的共模增益，而不是CMRR。由于放大器增益設(shè)置為10 V/V（或20 dB），因此總CMRR為20 dB – (–100 dB) = 120 dB，大于器件的114 dB規(guī)格值。如果增益提高到100 V/V，CMRR會(huì)再提高20 dB，達(dá)到140 dB！不過(guò)，使用新增益并將相同的2 V信號(hào)施加于輸入端時(shí)，AD8422輸出仍會(huì)改變10 µV。您可能要問(wèn)，如何能說(shuō)這更好呢？難道是我們?cè)谂撟骷伲?/div>
并非如此，CMRR的定義對(duì)每個(gè)人都是一樣的。保持這樣很重要，我們不會(huì)改變它。雖然不需要的共模信號(hào)會(huì)污染輸出，但它保持不變，與增益無(wú)關(guān)。不過(guò)，如果差分增益很大，此"污染"也會(huì)變小。換言之，若將共模誤差除以增益，再與輸入信號(hào)進(jìn)行比較，它將變得非常小。因此，輸出端的10 µV/V誤差相當(dāng)于10倍增益時(shí)的1 µV/V，100倍增益時(shí)的100 nV/V。當(dāng)測(cè)量小信號(hào)時(shí)，這顯然是好事情，道理不言而喻。
注意：并非所有儀表放大器的CMRR都隨增益提高而提高，某些儀表放大器的CMRR在較大增益時(shí)會(huì)逐漸降低。換言之，假設(shè)一個(gè)儀表放大器的CMRR為120 dB，當(dāng)增益提高20 dB時(shí)，CMRR可能僅提高到130 dB。我們把這種效應(yīng)稱(chēng)為"CMRR壓縮"。然而，我們看到AD8422的CMRR提高到160 dB，沒(méi)有壓縮。朋友們，這樣的CMRR性能是非常稀有的。
圖2.AD8422 CMRR與頻率的關(guān)系。
尾注
1請(qǐng)注意，噪聲和高增益(20,000)使該測(cè)量具有挑戰(zhàn)性。因此，需要對(duì)信號(hào)源進(jìn)行濾波，使其噪聲貢獻(xiàn)最小化。AD8428的濾波器引腳之間使用一個(gè)電容來(lái)降低測(cè)量帶寬。此外，必須采用適當(dāng)?shù)钠帘魏筒季€(xiàn)來(lái)避免拾取外部噪聲。
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