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共模抑制比(CMRR)定义、计算公式及测量方法

5175 2022-05-10 来源: IC先生 作者: IC先生

共模抑制比(CMRR是最重要的规格参数,它表示将要测量的共模信号量。CMMR的值经常取决于信号频率和指定的功能。CMMR功能专门用于降低传输线上的噪声。例如,当在嘈杂的环境中测量热电偶的电阻时,来自环境的噪声表现为两条输入引线上的偏移,并使其成为共模电压信号,CMRR仪器测量应用于噪声的衰减。

什么是CMRR?

运算放大器中的CMRR是共模抑制比,用于表示差分放大器抑制共模输入信号的能力。一般来说,运放作为两个输入端,即正负端,两个输入应用在同一点上,这将在输出端提供相反极性的信号。因此,端子的正负电压将相互抵消,从而产生输出电压。理想的运算放大器将具有无限的CMRR,并具有有限的差分增益和零共模增益。

CMRR英文全称是Common Mode Rejection Ratio,符号为Kcmr,单位是分贝db。

共模抑制比

CMMR = 差模增益 / 共模增益

CMRR公式

共模抑制比由具有相同直流电压符号的两个输入形成。假设一个输入电压是8v,另一个9v,这里8v是通用的,输入电压应通过V+ – V-等式计算,结果将为9v-8v=1v,但两个输入之间的公共直流电压具有非零增益。

增益Ad放大了两个输入电压之间的差异,但是共模增益Ac放大了两个输入之间的共模直流电压,两个增益之比称为共模抑制比,值以db为单位,共模抑制比的公式由下式计算:

CMRR=Ad/Ac

以分贝 (dB) 为单位,CMRR表示为:

CMRR=20log10|Ad/Ac| dB

以CMR(CMRR对数形式)表示为:

CMR(dB)=20log10(CMRR)

虽然表达式形式不同,但都表示共模信号的抑制能力。此外,对于理想的差分放大器,共模电压增益为零。因此,CMRR是无限的。

电源抑制比

电源抑制比定义为每单位直流电源电压变化时输入失调电压的变化,电源也以dB为单位计算,下面给出电源抑制比的数学公式:

PSRR= 20log|ΔVDc/ΔVio| db

运算放大器的共模抑制比

共模抑制比是一个差分放大器,运算放大器与差分输入一起放大。因此,CMMR比率可以应用于运算放大器。利用共模抑制比的条件,即当放大器的两个输入端具有相同的电压时,放大器的输出应该为零或者放大器应该对信号进行抑制。下图显示了MCP601的共模抑制比放大器:

运算放大器的共模抑制比

运算放大器CMRR的失调误差

CMRR可以在配置在同相放大器中的运算放大器中建立并联失调电压,如下图所示。同相运算放大器会有少量CMRR误差,因为两个输入都接地,不存在CM动态电压。

运算放大器CMRR的失调误差

误差 (RTI) = Vcm / CMRR = Vin / CMRR

Vout = [1 + R2/R1] [Vin + Vin/CMRR]

误差 (RTO) = [1+R2/R1] [Vin/CMRR]

测量共模抑制比简单方法

有不同的方法来测量共模抑制比。在下图中,小编将运算放大器配置为差分放大器的四个精密电阻。一个信号应用于两个输入,测量输出的变化,一个具有无限CMRR的放大器也没有输出变化。

该电路的固有困难在于电阻的比率匹配与运算放大器的CMRR一样重要。电阻对之间有0.1%的失配,结果将是66dB的CMR(共模抑制)。因此,大多数放大器的CMR低频在80dB到120Db之间。在这个电路中,很明显对测量CMRR的作用很小。

测量共模抑制比

ΔVout = ΔVin / CMRR (1 + R2/R1)

不使用精密电阻器的CMRR测量方法

与上述电路相比,以下电路更为复杂,无需使用精密电阻即可测量CMRR。通过切换电源电压来改变共模抑制比。实际上,该电路可以很容易地实现,并且通过使用相同的电路,可以应用不同的电源电压来测量电源抑制比。

如下图所示,电源来自+-15 DUT运算放大器,共模电压范围为+-10V,从电路来看,集成放大器A1应该具有高增益、低Vos和低IB,并且运放是097设备。

不使用精密电阻器的CMRR

总结

不难看出,共模抑制比的定义是放大电路对差模信号的电压增益与对共模信号的电压增益之比的绝对值。因为需要抑制零点漂移,所以共模电压增益越小越好,而差模电压增益越大越好。

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共模抑制比(CMRR)定义、计算公式及测量方法


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