共模電平對于運放以及信號系統(tǒng)的意義

在運放的使用中，最初級的硬件設(shè)計者的想法就是只有增益倍數(shù)這一個參數(shù)。當(dāng)然這是運放的基本能力，但是顯然只知道放大倍數(shù)是不能說其會使用運放的?；蛟S你知道運放，知道差分放大是放大差分信號的，甚至還知道共模抑制比。

這是一個典型的信號傳輸系統(tǒng)：

我們可以看出這個系統(tǒng)里重要的一點是子系統(tǒng)的參考電位，運放的共模電平也是參考電壓的問題。運放的共模電壓定義為：

計算公式Vcm=(Va+Vb)/2,可以理解為差分運放的差分兩端信號的中間電位點。

那么運放的共模電平意義在哪里？這個可以回溯到三極管的放大電路中：

晶體管的放大需要配置靜態(tài)工作點，也就是需要設(shè)置偏置電壓讓放大器處于放大狀態(tài)而不是飽和或者截止?fàn)顟B(tài)。因此我們對于交流信號放大需要提供偏置電壓，而對于雙電源運放來說，共模電壓0V也是其共模電壓。因此，我們可以看出，我們是不需要對共模電壓放大處理的，共模電平的作用就是提供一個“平臺”。

共模電壓與噪聲：

其實第一張圖就體現(xiàn)了共模電壓的干擾問題，參考電位的差異會導(dǎo)致共模電平差異，對于信號檢測系統(tǒng)而言，干擾來源有來自附近電場的容性耦合，來自附近磁場的感性耦合，以及空間輻射信號的電磁耦合。下圖是信號線纜的幾種干擾特點，我們可以采用雙絞線和屏蔽的方式處理一些干擾。

下面是針對傳輸線的共模干擾的抑制方式：利用抑制器件以及隔離。

例如我們在處理交流信號放大時，經(jīng)常通過電容隔離直流電平，避免影響后級的共模輸入。

對于參考電位帶來的共模干擾也可以通過電源隔離的方式，形成兩個相對獨立的電源系統(tǒng)。

最后介紹一下高共模電壓的檢測系統(tǒng)，這一點在BMS中應(yīng)用較多，我們需要對串并聯(lián)的電池組進行電壓監(jiān)測，就會有高共模電壓達到數(shù)百V出現(xiàn)。而一般運放的共模電壓輸入也就比電源小。

這里介紹一種專用的差分檢測運放，以AD629為例：

運放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較簡單：

看起來我們其實可以直接用普通運放來做，但是事實上我們可以看到對于上百V的共模信號進行差分檢測，如果反饋電阻不匹配，就會導(dǎo)致共模轉(zhuǎn)差模輸出，極大影響輸出電壓，其實就是共模抑制的問題。尤其是檢測電流很小的情況下輸出電壓在mv，而集成芯片內(nèi)部的電阻因為半導(dǎo)體的制造工藝可以保持很好的匹配度。

下圖是共模抑制性能：

小結(jié)：說來也簡單，運放的共模電壓就是運放輸入的一種形式而已，重要的是我們需要明白它的影響和作用。