运放CMRR计算：共模信号抑制的关键指标

发布时间：2023-05-12 11:56:28

来源：RF技术社区 (https://rf.eefocus.com)

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分放大电路不仅能放大有用的差模信号，还能有效抑制不需要的共模信号。为了量化这种能力，我们引入了共模抑制比（CMRR）这一技术指标。共模抑制比就是差分放大电路对差模信号的放大能力与其对共模信号的放大能力之比。这里的差模信号是指两个输入端之间的电压差，而共模信号则是两个输入端电压的平均值。

理想情况下，差分放大电路应该只放大差模信号，而对共模信号没有任何放大效果。但在实际应用中，由于各种因素，如元件的不匹配等，共模信号仍然可能会被放大。这时，共模抑制比就能很好地反映差分放大电路对共模信号的抑制能力。

共模抑制比越大，说明差分放大电路对共模信号的抑制能力越强，从而能更准确地放大差模信号。在实际应用中，我们通常会根据具体的应用场景和需求来选择合适的差分放大电路，并通过计算其共模抑制比来评估其性能。以OPA为例，当我们讨论其关于CMRR的计算时，首先需要明确共模电压和差模电压的定义。

共模电压是两个输入端电压的平均值，而差模电压则是两个输入端之间的电压差。然后，我们可以根据这些定义和具体的电路参数来计算CMRR。在特定的案例中，比如当VCM=20VDC时，我们可以根据给定的CMRR值和Vos值来推算出由CMRR带来的输入误差。通过计算，我们可以发现，由于CMRR的值非常高，所以由共模电压变化引起的Vos变化非常小，几乎可以忽略不计。

当VCM（共模电压）为20Vpp、频率为100kHz的正弦信号时，运放TL072C在同相比例放大电路中的表现。运放的共模抑制比（CMRR）并非一成不变，而是会随着频率的增加而逐渐降低。假设我们有一个同相比例放大电路，其增益为2，电阻阻值为100kΩ，并且输入了一个VCM为20V、频率为100kHz的正弦信号。在这个条件下，我们计算得到CMRR在100kHz时的值为-82dB。这意味着，由于共模干扰，运放会产生一个额外的输出偏移电压Vos_CMRR，这个值大约是0.252mV。对于高精度的运放（OPA）来说，其本身的Vos通常只有几个μV。然而，如果CMRR带来的Vos_CMRR值远大于运放本身的Vos，那么选择这种高精度运放就失去了其原有的优势。

共模干扰电压的一个常见来源是50Hz或60Hz的交流噪声。因此，在设计电路时，我们必须格外注意，确保运放的CMRR不会受到电路中其他元件的负面影响而降低。特别是大电阻，它们可能会使电路更容易受到共模噪声的干扰。为了解决这个问题，我们通常需要调整电阻和电容的值。通常可以通过按比例减小电阻值并增大对应的电容量，以保持电路的整体响应不变，同时减少共模噪声的影响。

共模抑制比CMRR的概念实际上表示的是放大电路对差模信号和共模信号的电压增益之比。为了抑制零点漂移，我们希望共模电压增益尽可能小，而差模电压增益尽可能大。因此，一个优秀的放大电路应该具有较高的KCMR值，这样才能保证电路的性能达到最佳状态。