您需要了解有关CMRR的信息——仪表放大器(第2部分)

若您是运算放大器,您可能从未想过接纳仪表放大器(INA)。这是因为在关键应用中,如电流感应和传感器信号调理,INA的功能更强大、性能更佳。INA也无需太多的外部援助,他们不会开环运行。但是,与运算放大器相比,它们并非具有多功能,通常更昂贵,所以不要放弃希望。

INA的一个关键功能是在存在大的共模电压和直流电位的情况下调节小差分信号。INA的设计旨在抑制共模电压(VCM),只能增益或调节差分电压(VDIFF)。通过共模电压传递给输出的误差由共模抑制比(CMRR)规范确定。图1定义了INA的共模电压,并显示了改变共模电压可能导致的参考输入误差电压。

 

图1:INA的共模电压的表示

 

 INA是输入上具有高阻抗缓冲器的差分或减法器放大器的本质派生产品。因此当我们谈论INA的时候,最好从差分放大器开始。如图2所示,差分放大器应仅放大差模信号,并抑制共模信号。对于带有完美平衡电阻的理想放大器,这果真如此。实际应用不仅要考虑放大器的共模抑制,还要考虑与电阻不匹配的误差。

 

图2:差分放大器

 

电阻匹配非常重要。在上图中,R2与R1的匹配是差分放大器的CMRR的主要因素。下表所示为不同公差电阻的差分放大器的潜在最坏情况CMRR。激光微调单片差分放大器和INA,如INA149INA826,实现了大于0.01%的匹配度。若您像我一样热衷于数据,并且想要考虑电阻值和公差,以查看对CMRR的影响,请参阅此链接中的电子表格。

 

电阻容差

最差情况(6s)

CMRR

1%

34dB

0.50%

40dB

0.10%

54dB

0.01%

74dB

表1:差分放大器电阻匹配的最差情况(6σ)CMRR

 

对于像INA128这样的普通3运算放大器INA(参见图3),输入放大器也有助于CMRR,但输出级差分放大器上的电阻匹配通常主导该规范。除了高阻抗输入外,还可以在第一级增益差分信号,并减少CMRR误差的影响。

 

图3:三运放INA及其电压节点

 

那么现在我们知道CMRR有什么影响呢?

CMRR在您尝试对大共模电压下存在的小差分信号进行调制的应用或在每个端子上存在通用噪声(如50/60 Hz电源线噪声)的嘈杂环境中非常重要。若您不选择适用于您的应用的零件,CMRR错误可能会影响您的测量结果。示例应用包括电流感测或传感器信号调理(见图3)。

 

图4:应用示例

 

CMRR也将随着INA的频率而变化,类似于运算放大器。

附件供参考:

 

请继续关注我的下一个博客,了解CMRR如何变化,以及仪表放大器的特殊拓扑结构的优势。本系列第一篇的博客可通过以下链接前往查看,感谢阅读!

您需要知道的CMRR——运算放大器(第1部分)

  

原文链接:

http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2013/10/29/what-you-need-to-know-about-cmrr-the-instrumentation-amplifier-part-2