并不是所有架构造而平等。就像您不会选择一个单一工具来建造一个房子一样,您不应该假设所有仪表放大器(INA)在所有应用中都能发挥最佳效用。

共模抑制比(CMRR)和共模抑制(CMR)测量差分输入放大器(例如运算放大器或INA)抑制两个输入共用信号的能力。换言之,由于共模电压与数据手册中的规定不同,所以在输入端出现偏置电压。该偏移电压除了初始输入失调电压外,还通过器件或电路的差分增益放大!

CMRR的技术定义是差分增益与共模增益的比值。通过改变输入共模电压并观察输出电压的变化进行测量。该变化值通过除以增益而被称为输入,并且被认为是输入偏移电压变化。 CMRR通常以分贝(dB)报告,以便于解释和比较。没有行业标准,且CMRR和CMR经常互换。

 

因是共模增益,CMRR取决于几个放大器设计因素,包括:

  • 设计流程变量:
  • 源极和漏极电阻匹配
  • 栅极 - 漏极电容
  • 正向跨导
  • 栅极漏电流
  • 尾电流源的输出阻抗
  • 由于尾电流源的分流电容而导致的频率变化

 

在下面的INA128曲线中所示为频率的CMRR变化。

 

 

  

图1:INA128 CMRR与增益为1,10,100,1000V/V的频率

 

创建INA有几种不同的方法,包括:

  • 三路运算放大器INA:带有缓冲输入的差分放大器,如INA826。有关差分放大器拓扑的更多信息,请查看我之前的博文:您需要知道的CMRR——仪表放大器。该拓扑结构解决了差分放大器的低阻抗限制。输入级用于改善信噪比和共模抑制来增益差分电压。缺点是尺寸更大,成本更高。

 

图2:3运算放大器INA

 

  • 双路运算放大器INA:像INA126这类更简单的INA,很少有高精度电阻和运算放大器可与之抗衡。这可以转化为更低的成本、更小的封装和更低的静态电流。拓扑的缺陷在于双路运算放大器的噪声增益差异。这使得CMRR在频率上比三路运算放大器INA更快地降级。

 

图3:双路运算放大器INA

 

  • 特殊拓扑INA:新的体系结构不断涌现为INA的发展提供了更多可能。基于电流镜的设计,如PGA281,将输入信号转换为电流。电流模式信号处理在电阻未精确匹配的情况下,也能够抑制共模输入电压和电源变化。

 

图4:电流镜INA

 

现代设计技术和工艺改进大大提高了低增益和交叉频率下的CMRR,这在具有可编程内部增益的INA PGA281中可见一斑。与传统的INA相比,PGA281采用专有架构技术和精密过程匹配,将单位增益CMRR提高了30dB。

 

图5:与传统仪表放大器相比,PGA281 CMRR vs单位增益频率

 

有关如何确定仪表放大器的内部和外部的更多信息,请查看我的Engineer It视频。或者,请阅读我在本系列中的前两篇博文:

感谢阅读!

 

原文链接:

http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2013/11/06/what-you-need-to-know-about-cmrr-instrumentation-amplifier-topologies-part-3