消除共模噪声的秘密武器-共模抑制比

 

一、什么是共模抑制比？

共模抑制比（CMRR）是衡量放大器对共模信号抑制能力的一个关键指标，是用来描述设备抵御共模信号影响的能力。共模信号是指同时存在于两个输入端并具有相同大小和相位的信号，例如电源噪声、接地干扰或其他外部干扰。共模抑制比是通过测量输入共模信号与输出共模信号之间的差异来确定设备抑制干扰信号的能力。共模抑制比不仅会对运放电路的精度产生影响，而且对电路的EMI性能也有着重要意义，因此搞懂运放的CMRR很重要。

 

 

二、共模抑制比公式
 

共模抑制比通常使用分贝（dB）作为单位进行表示，计算公式如下：

 

 

其中，Ad表示差模增益（差模信号的放大倍数）；Ac表示共模增益（共模信号的放大倍数）。一般运放的共模抑制比在80-110dB，更好一点的运放其CMRR在140以上。
 

 

三、通过Multisim仿真分析CMRR

使用Multisim找到如上图所示运算放大器，其参数可以自由设置。本次仿真时先将共模抑制比调小。

 

 

搭建仿真模型，如下图所示，其为一个同相比例放大器，其放大倍数为：

 

 

这个电路的放大倍数为6倍，但是从示波器（如下图）中可以看出在CMRR为10时，放大倍数减小了，我们来分析一下。对于同相比例放大器来说，同相输入端和反相输入端的电压都等于输入信号的电压，而这个也正是共模电压。如果运放的共模抑制比小的话，抑制不住这个共模分量，那么这个共模分量会直接影响运放的输出。

 

 

为了验证CMRR是否对电路产生了影响，我们将运放的CMRR更改为更高的140dB。同样放大倍数为6倍，波形如下所示：

 

 

可以看到，确实放大倍数有所改变，所以可以肯定就是共模抑制比太小导致了同相比例放大器的输出异常。