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[资料分享] 处理抑制问题:仪表放大器的 PSRR 与 CMRR

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一粒金砂(中级)

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发表于 2019-7-20 17:27 | 显示全部楼层 |阅读模式

电气工程师习惯于处理各种抑制问题,从共模抑制到电源抑制,以至于 EMI 抑制,而且这也绝对是我们喜欢做的事。抑制越多越好!



然而对于仪表放大器而言,在计算由电源或共模电压变化产生的失调偏移时很容易产生困惑。这种困惑的根本原因如下图所示:





 



 



 



 



 



 



 



 



 



 



图 1:仪表放大器的典型电源抑制比曲线



在图 1 中,放大器的电源抑制比 (PSRR) 随放大器增益配置的升高而增加。这样很容易让人想到,在高增益下产生任何输出偏移,都需要电源的明显变化!但一定要记住:共模抑制比 (CMRR) 和 PSRR 都是输入参考参数:



(1)



 



PSRR 和 CMRR 定义为输入失调电压变化 ΔVOS(IN) 与电源电压变化 ΔVS 或共模电压变化 ΔVCM 的比值。



为了了解增益对这些参数的影响,请将大多数仪表放大器看成两个串行的放大器级,一个输入级放大器(如图 2 中 G所示)和一个输出级放大器(如 G所示)。电源或共模电压的变化会造成每个放大器级失调电压的变化,如图中 ΔVOS1 和 ΔVOS2 所示。



 



图 2:大多数仪表放大器的概念图



在需要计算输入时,用输入级增益 G1 除第二个失调电压变化 ΔVOS2。最后,由于两个失调变化的极性未知,可能为正也可能为负,因此可推导出公式 2:



(2)



在仪表放大器产品说明书中可找到该公式,从而可计算出由温度、电源和共模电压等不同因素所引起的输入失调变化值:



 



图 3:内容摘自 INA118 产品说明书,说明不同因素所导致的输入失调变化。



将公式 2 代入公式 1,就很容易得出增益如何影响仪表放大器的 PSRR 和 CMRR:



(3)



从输入级增益除以第二个放大器失调电压的变化值 ΔVOS2 可以得出,这两个参数会随增益的提高而增大。



到目前为止,我们一直关注的只是输入失调的变化,但输出端会怎样呢?毕竟我们通常真正关心的是放大器输出。很明显,我们可用 ΔVOS(IN) 乘以放大器总体增益来计算 ΔVOS(OUT)



(4)



很多仪表放大器的输出级增益都为 1,这就意味着放大器总体增益由输入级增益决定。这样我们就可将公式 4 简化为:



(5)



由于输入级现已成为主要误差源,因此仪表放大器的 CMRR 和 PSRR 参数可在较高增益下得到改善。但是,还有一个我们尚未讨论的影响。细心的读者在观察图 3 时可能已经注意到了:输出级失调比输入级差。



 




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