關(guān)于電路中共模信號的影響分析

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(guān)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(chǎn)生的小誤差放大，從而更容易利用標(biāo)準(zhǔn)實驗室設(shè)備（如示波器）測量。1

圖1.CMRR測試電路

在這種設(shè)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(dāng)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(yīng)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(yīng)當(dāng)記得必須驗證的第一個條件是確認(rèn)測試是在放大器的共模范圍以內(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(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會再提高20 dB，達(dá)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(guān)。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(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倍增益時的1 μV/V，100倍增益時的100 nV/V。當(dāng)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(shè)一個儀表放大器的CMRR為120 dB，當(dāng)增益提高20 dB時，CMRR可能僅提高到130 dB。我們把這種效應(yīng)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(guān)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(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電容來降低測量帶寬。此外，必須采用適當(dāng)?shù)钠帘魏筒季€來避免拾取外部噪聲。

編輯：hfy