運放參數的詳細解釋-共模抑制比CMRR

ID:74835 · 發表于 2015-3-20 19:00

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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