为什么输出端共模信号的影响大于CMRR规格

Gustavo Castro

共模抑制比（CMRR）的概念是处理差分输入电路时的基本概念，但它经常被误解。使用仪表放大器时，对电路中共模信号的影响有不正确的期望并不罕见。

例如，仪表放大器常用的CMRR测试包括测量输出，同时将相同的信号施加到两个输入。AD8422B（配置为增益为10 V/V）的示例测试电路如图1所示。第二个放大器AD8428的工作增益为2000，可放大被测器件产生的小误差，使其更容易使用标准实验室设备（如示波器）进行测量。1

图1.共模抑制比测试电路。

通过此设置，可以观察到输入端40 V共模变化时输出变化为2 mV，相当于AD20B输出端的8422 μV电压。这一点也不差，但有人可能会争辩说，10 μV/V相当于100 dB的抑制，而数据手册保证的CMRR至少为114 dB！我们是否发现了有缺陷的部件？CMRR去哪儿了？

CMRR只是差分增益除以共模增益的商。它可以根据以下表达式以 V/V 或 dB 表示：

CMRRV/V= A差异/一个厘米

CMRR分贝= 20log（A差异/一个厘米） = 20log（A差异） – 20log（A厘米)

之前测得的10 μV/V相当于–100 dB共模增益，而不是CMRR。由于放大器的增益设置为10 V/V（或20 dB），因此总CMRR为20 dB – （–100 dB） = 120 dB，大于器件规格中的114 dB。如果增益增加到100 V/V，则CMRR将再上升20 dB，达到140 dB！尽管如此，当新的增益和相同的2 V信号施加到输入时，AD8422的输出仍会变化10 μV。你可能会问，这怎么更好？这是否意味着我们在作弊？

嗯，不是真的;CMRR的定义对每个人来说都是一样的。重要的是它保持这种方式，我们不会改变它。虽然不需要的共模信号会污染输出，但它保持恒定，与增益无关。但如果差分增益很大，这种“污染”也会变小。换句话说，如果我们将共模误差除以增益，将其与输入信号进行比较，它实际上变得非常小。因此，输出端的10 μV/V误差相当于增益为1时的10 μV/V和增益为100时的100 nV/V。在测量小信号时，为什么这是一件好事应该很明显。

请注意，并非所有仪表放大器的CMRR都随着增益的增加而增加，有些甚至开始以更大的增益逐渐减少。换言之，CMRR为120 dB的仪表放大器只有在增益增加130 dB时才能达到20 dB。我们称这种效果为CMRR压缩。然而，我们已经看到AD8422在不压缩的情况下将其CMRR提高到160 dB。现在，伙计们，这是一个很难找到的CMRR性能。

图2.AD8422 共模抑制比与频率的关系

请注意，噪声和高增益（20，000）使这种测量具有挑战性。因此，有必要对源进行滤波，以尽量减少其噪声贡献。AD8428在其滤波器端子之间使用电容来降低测量带宽。此外，需要适当的屏蔽和接线以避免外部噪声拾取。

审核编辑：郭婷