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为什么我的 INA CMRR 不随增益变化?

为什么我的 INA CMRR 不随增益变化?

我的同事 John Caldwell撰写了几篇关于仪表放大器 (INA) 电源及共模抑制比 (PSRR & CMRR) 的极好博客文章。(参见“处理抑制问题:仪表放大器 PSRR 与 CMRR”第 I 部分第 II 部分)。

他准确指出了大多数 INA 器件的 CMRR 与 PSRR 性能会随增益变化。但少数 INA 的 CMRR 不随增益变化而变化该怎么办呢?

图 1 是低功耗、单电源 INA331 的 CMRR 与频率的产品说明书比较图,其表现如下所示。

1:INA331 CMRR 与频率比较

尽管 CMRR 可通过下列公式 1 计算,但公式 2 是 CMRR 的学术定义,其中 Adm 是差分增益,Acm 是共模增益。

包括 INA 在内的差分放大器不仅要抑制共模信号,而且还要放大差分信号。因此,根据公式 2 可知,增大 Adm 将提高 CMRR。36V、低功耗、轨至轨输出 (RRO) INA826 具有这种表现,如图 2 所示。

2:INA826 的 CMRR

那为什么改变器件增益时,INA331INA826 会有不同的表现呢?

图 3 是器件的简化原理图。它们都有三个运算放大器,差分输入和单端输出,增益使用外部电阻器设置。

3:INA826(左)与 INA331(右)

甚至增益公式(公式 3 和公式 4 所示)看上去也很相似。

检查两个器件的输入与输出级,我们可得出答案。

图 4 是 INA826 的输入 (A1-A2) 与输出 (A3) 级。输出级增益因集成型电阻器而固定,RG 决定器件的整体增益。输入级是差分输入,因此 RG 可控制器件的差分增益。所以在器件增益发生变化时,CMRR 性能会随之改变。

4:INA826 的简化原理图

图 5 是 INA331 的输出级 (A3)。R1 和 R2 是外部电阻器,其可根据公式 4 设定器件的增益。注意,输出级是单端输出。

5:INA331 输出级,外部电阻器

图 6 是重新绘制的 INA331 输入级 (A1-A2)。公式 5 是图 6 中电路的转换函数。INA331 的输入级可执行三种功能。它可将差分输入转换成单端信号,可应用差分增益,并可添加参考电压。

该级中的所有电阻器都在器件内部。因此,INA331 的差分增益由 Rf 与 Rg 的比值决定!

6:INA331 输入级,所有电阻器为内部

总之,尽管 R1 和 R2 可改变 INA331 的增益,但它们无法改变差分增益。输入级的集成型电阻器决定着差分增益。这就是为什么器件 CMRR 不随增益变化而变化的原因所在!

其它具有相同表现的 INA 器件还包括单电源、低功耗 CMOS INA321INA322 以及 INA332

因此,下次您在改变 INA 增益时,请务必弄清楚您要改变哪个增益……,CMRR 取决于此!

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