以精確匹配的電阻網(wǎng)絡(luò)來(lái)提高差分放大器的CMRR

在各種應(yīng)用領(lǐng)域，采用模擬技術(shù)時(shí)都需要使用差分放大器電路，如圖 1 所示。例如測(cè)量技術(shù)，根據(jù)其應(yīng)用的不同，可能需要極高的測(cè)量精度。為了達(dá)到這一精度，盡可能減少典型誤差源（例如失調(diào)和增益誤差，以及噪聲、容差和漂移）至關(guān)重要。為此，需要使用高精度運(yùn)算放大器。放大器電路的外部元件選擇也同等重要，尤其是電阻，它們應(yīng)該具有匹配的比值，而不能任意選擇。

理想情況下，差分放大器電路中的電阻應(yīng)仔細(xì)選擇，其比值應(yīng)相同 (R2/R1 = R4/R3)。這些比值有任何偏差都將導(dǎo)致不良的共模誤差。差分放大器抑制這種共模誤差的能力以共模抑制比(CMRR) 來(lái)表示。它表示輸出電壓如何隨相同的輸入電壓（共模電壓）而變化。在最佳情況下，輸出電壓不應(yīng)該改變，因?yàn)樗蝗Q于兩個(gè)輸入電壓之間的差值（最大 CMRR）；但是，實(shí)際使用中情況會(huì)有所不同。CMRR 是差分放大器電路的重要特性，通常以 dB 來(lái)表示。

對(duì)于圖 1 所示的差分放大器電路，CMRR 取決于放大器本身以及外部連接的電阻。對(duì)于后者，取決于電阻的 CMRR 在本文下述部分以下標(biāo)"R"表示，并利用下式計(jì)算：

例如，在放大器電路中，所需增益 G = 1 且使用容差為 1%、匹配精度為 2% 的電阻產(chǎn)生的共模抑制比為

or in dB

在 34 dB時(shí)，CMRR_R相對(duì)較低。在這種情況下，即使放大器具有非常好的 CMRR，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)高精度，因?yàn)殒溌返木瓤偸侨Q于其精度最差的環(huán)節(jié)。因此，對(duì)于精密的測(cè)量電路而言，必須非常精確地選擇電阻。

實(shí)際使用中傳統(tǒng)電阻的阻值并不恒定。它們會(huì)受機(jī)械負(fù)載和溫度的影響。根據(jù)需求的不同，可以使用具有不同容差的電阻或匹配電阻對(duì)（或網(wǎng)絡(luò)），其大部分使用薄膜技術(shù)制造并具有精確的比值穩(wěn)定性。利用這些匹配的電阻網(wǎng)絡(luò)（如LT5400四通道匹配電阻網(wǎng)絡(luò)），可以大幅提高放大器電路的整體 CMRR。LT5400 電阻網(wǎng)絡(luò)在整個(gè)溫度范圍內(nèi)具有出色的匹配性，結(jié)合差分放大器電路使用則匹配性更佳，因而可確保 CMRR 比分立電阻提高兩倍。

LT5400 提供 0.005% 的匹配精度，從而使 CMRR_R達(dá)到 86 dB。

然而，放大器電路的總共模抑制比 (CMRR_Total) 由電阻 CMR_R和運(yùn)算放大器共模抑制比 CMRR_OP的組合構(gòu)成。對(duì)于差分放大器，可利用公式 3 計(jì)算：

例如，LT1468提供的 CMRR_OP典型值為 112 dB，采用 LT5400 的增益為 G = 1，其 CMRR_Total的值為 85.6 dB。

或者，可以使用集成式差分放大器，如LTC6363。這種放大器在單芯片中內(nèi)置放大器和最佳匹配電阻。它幾乎消除了上述所有問(wèn)題，同樣也可提供最大精度，其 CMRR 值達(dá) 90 dB 以上。

結(jié)論

必須根據(jù)差分放大器電路的精度要求仔細(xì)選擇外部電阻電路，以便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高性能。

或者，可以使用集成式差分放大器，如在單芯片中集成了匹配電阻的 LTC6363。