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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