运放参数的详细解释和分析-part8,共模抑制比CMRR的影响

       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,最后尽力介绍一些经验方法来尽可能的减少和避免这些影响。

        简单来说,CMRR是运放的一个直流精度参数,它的好坏,会引起运放的放大电路的输出误差的好坏。

下表是OPA177的datasheet中标出的共模抑制比CMRR,注意表中标定的值是指,在输入共模电压范围内的直流共模抑制比。它的最小值为130dB,是非常高的值。

       由于CMRR是有限值,当运放输入端有共模电压Vcm时,它会引入一个输入失调电压,我们称之为Vos_CMRR。如下图所示

        当共模电压为5V时,这个失调电压为1.58uV。计算过程如下,直流共模抑制比转化为比率为:

  

        对于上图中的G=2的电路,则输出端误差为3.16uV。对于基准源为2.5V,双极性输入的24位ADC来说,为相当于引起了11个LSB的直流误差了,直接影响到最后四位的精度了。

       下面介绍另一个不好的影响,运放的CMRR是随频率的增加而降低。Datasheet中通常会给出一个曲线图来表示这一变化。如下图,这一点是一个非常令人不爽的特性。

        我们可以计算一下这一特性的影响,如下图所示,当共模信号为一个20Vpp@1KHz的正弦信号时,它引入的输入失电压将是Vos_CMRR_AC=200uV@1kHz。对于Gain=2的放大电路,它的输入误差信号将为 400uV@1kHz。


         有一点需要引起注意,对于反向比例放大电路,如下图,它的同向端是接入到地的,由于“虚短”。此放运放的共模信号将为0,并且不随信号的变化而改变。因此共模信号引起的误差很小。

 

       而对于同向比例放大电路,如下图,它的同向端是接是接的信号,由于“虚短”。此放运放的共模电压就是信号的电压。如果信号本身是一个频率很高的信号,幅值也很大。那么由这个信号引 入的Vos_CMRR_AC执必会非常大。此时应选用在信号频率上 CMRR依然很高的运放。经过上面的分析,即使这样,Vos_CMRR_AC的影响可能也会是非常严重的。

 

       最后简单介绍一下运放的CMRR测试,通常人们会想到有下图的方法来测试CMRR,这种方法看似简单,但存在一个很大的问题,就是它需要的电阻匹配度非常高,为发测CMRR>100dB的运放,需要1ppm以下的电阻。这几乎不实用。

      简单易行的方式是下图的方式。它对电阻的匹配度要求要低的多。

  

      设信号源输出电压为VS测得辅助运放输出电压为VL0,则有

  

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