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运放参数的详细解释和分析8—共模抑制比CMRR的影响
摘要: 上一小节简单介绍了,共模抑制比的定义,以及引起它的原因。下面就介绍一下,它的影响。本系列贴子的目的是说清楚运放参数的定义,分析引起这个问题的原因,介绍明白这个参数对电路的影响。
Abstract:
Key words :

  上一小節簡單介紹了,共模抑制比的定義,以及引起它的原因。下面就介紹一下,它的影響。本系列貼子的目的是說清楚運放參數的定義,分析引起這個問題的原因,介紹明白這個參數對電路的影響,最后盡力介紹一些經驗方法來盡可能的減少和避免這些影響。

        簡單來說,CMRR是運放的一個直流精度參數,它的好壞,會引起運放的放大電路的輸出誤差的好壞。

下表是OPA177的datasheet中標出的共模抑制比CMRR,注意表中標定的值是指,在輸入共模電壓范圍內的直流共模抑制比。它的最小值為130dB,是非常高的值。

       由于CMRR是有限值,當運放輸入端有共模電壓Vcm時,它會引入一個輸入失調電壓,我們稱之為Vos_CMRR。如下圖所示

        當共模電壓為5V時,這個失調電壓為1.58uV。計算過程如下,直流共模抑制比轉化為比率為:

        對于上圖中的G=2的電路,則輸出端誤差為3.16uV。對于基準源為2.5V,雙極性輸入的24位ADC來說,為相當于引起了11個LSB的直流誤差了,直接影響到最后四位的精度了。

       下面介紹另一個不好的影響,運放的CMRR是隨頻率的增加而降低。Datasheet中通常會給出一個曲線圖來表示這一變化。如下圖,這一點是一個非常令人不爽的特性。

        我們可以計算一下這一特性的影響,如下圖所示,當共模信號為一個20Vpp@1KHz的正弦信號時,它引入的輸入失電壓將是Vos_CMRR_AC=200uV@1kHz。對于Gain=2的放大電路,它的輸入誤差信號將為 400uV@1kHz。

         有一點需要引起注意,對于反向比例放大電路,如下圖,它的同向端是接入到地的,由于“虛短”。此放運放的共模信號將為0,并且不隨信號的變化而改變。因此共模信號引起的誤差很小。

 

       而對于同向比例放大電路,如下圖,它的同向端是接是接的信號,由于“虛短”。此放運放的共模電壓就是信號的電壓。如果信號本身是一個頻率很高的信號,幅值也很大。那么由這個信號引 入的Vos_CMRR_AC執必會非常大。此時應選用在信號頻率上 CMRR依然很高的運放。經過上面的分析,即使這樣,Vos_CMRR_AC的影響可能也會是非常嚴重的。

 

       最后簡單介紹一下運放的CMRR測試,通常人們會想到有下圖的方法來測試CMRR,這種方法看似簡單,但存在一個很大的問題,就是它需要的電阻匹配度非常高,為發測CMRR>100dB的運放,需要1ppm以下的電阻。這幾乎不實用。

      簡單易行的方式是下圖的方式。它對電阻的匹配度要求要低的多。

      設信號源輸出電壓為VS測得輔助運放輸出電壓為VL0,則有

  

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