問題:

 

為什么輸出端共模信號的影響大于CMRR規(guī)格值？

 

答案:

 

與差分輸入電路打交道時，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，關于電路中共模信號的影響，遇到不正確的期望并不罕見。

 

例如，儀表放大器的一項常用CMRR測試是將同一信號施加于兩個輸入端，然后測量輸出。圖1所示為 AD8422B的測試電路示例（配置為10 V/V的增益）。第二放大器 AD8428以增益2000工作，將被測器件產生的小誤差放大，從而更容易利用標準實驗室設備（如示波器）測量。¹

 

圖1.CMRR測試電路

 

在這種設置下，對于輸入端的2 V共模變化，可以觀察到輸出改變40 mV，相當于AD8422B輸出端改變20 µV。這一點也不差，但有人可能會爭辯說：10 µV/V對應于100 dB的抑制，但數(shù)據(jù)手冊保證至少114 dB的CMRR！難道是器件有缺陷？CMRR去了哪里？

 

如果您讀過非常見問題解答"鉆石圖"，您應當記得必須驗證的第一個條件是確認測試是在放大器的共模范圍以內進行。利用新的 Diamond Plot tool on analog.com，不需要一分鐘便可完成驗證！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：

 

 

之前測量的10 µV/V相當于–100 dB的共模增益，而不是CMRR。由于放大器增益設置為10 V/V（或20 dB），因此總CMRR為20 dB – (–100 dB) = 120 dB，大于器件的114 dB規(guī)格值。如果增益提高到100 V/V，CMRR會再提高20 dB，達到140 dB！不過，使用新增益并將相同的2 V信號施加于輸入端時，AD8422輸出仍會改變10 µV。您可能要問，如何能說這更好呢？難道是我們在弄虛作假？

 

并非如此，CMRR的定義對每個人都是一樣的。保持這樣很重要，我們不會改變它。雖然不需要的共模信號會污染輸出，但它保持不變，與增益無關。不過，如果差分增益很大，此"污染"也會變小。換言之，若將共模誤差除以增益，再與輸入信號進行比較，它將變得非常小。因此，輸出端的10 µV/V誤差相當于10倍增益時的1 µV/V，100倍增益時的100 nV/V。當測量小信號時，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在較大增益時會逐漸降低。換言之，假設一個儀表放大器的CMRR為120 dB，當增益提高20 dB時，CMRR可能僅提高到130 dB。我們把這種效應稱為"CMRR壓縮"。然而，我們看到AD8422的CMRR提高到160 dB，沒有壓縮。朋友們，這樣的CMRR性能是非常稀有的。

 

圖2.AD8422 CMRR與頻率的關系。

 

尾注

 

¹請注意，噪聲和高增益(20,000)使該測量具有挑戰(zhàn)性。因此，需要對信號源進行濾波，使其噪聲貢獻最小化。AD8428的濾波器引腳之間使用一個電容來降低測量帶寬。此外，必須采用適當?shù)钠帘魏筒季€來避免拾取外部噪聲。

 

 

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