仿真分析儀表放大器共模抑制比！

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儀表放大器最顯著的優(yōu)勢(shì)之一在于其極高的共模抑制比（Common-Mode Rejection Ratio，CMRR），這一指標(biāo)直接決定了系統(tǒng)在強(qiáng)共模干擾環(huán)境下對(duì)微弱差模信號(hào)的提取能力。因此，在儀表放大器選型與電路設(shè)計(jì)階段，有必要通過(guò)仿真手段對(duì)其 CMRR 特性進(jìn)行定量分析與驗(yàn)證。下面以 AD8422 儀表放大器為例，介紹其共模抑制比的仿真分析方法。

圖 2-29 所示為 AD8422 的 CMRR 仿真原理圖。左上角電路用于仿真在放大倍數(shù)為 1 條件下的共模放大倍數(shù)，即對(duì)兩個(gè)輸入端同時(shí)施加幅值與相位相同的共模信號(hào)，測(cè)量輸出端的響應(yīng)；右上角電路用于仿真同樣放大倍數(shù)為 1 時(shí)的差模放大倍數(shù)，即對(duì)兩個(gè)輸入端施加等幅反相的差模信號(hào)。通過(guò)上述兩組仿真結(jié)果，并結(jié)合《運(yùn)放密集》視頻課程中對(duì)共模抑制比定義及計(jì)算公式的介紹，即可得到 AD8422 在放大倍數(shù)為 1 時(shí)的 CMRR 隨頻率變化曲線。

采用相同的仿真思路，圖 2-29 左下角與右下角分別給出了放大倍數(shù)為 100 時(shí)的共模放大倍數(shù)與差模放大倍數(shù)仿真電路。通過(guò)對(duì)這兩種工況下輸出幅值的頻域分析，可進(jìn)一步計(jì)算并得到 AD8422 在高增益條件下的 CMRR 與頻率關(guān)系曲線，從而評(píng)估其在不同增益設(shè)置下的共模抑制能力。

圖2-29 AD8422的CMRR仿真原理圖

圖 2-30 給出了對(duì)應(yīng)的仿真結(jié)果。可以看到，右圖仿真所得的 CMRR 曲線與 左圖AD8422 數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的典型特性曲線高度一致，驗(yàn)證了仿真模型與分析方法的正確性。例如，在 10 kHz 頻率處，當(dāng)放大倍數(shù)為 1 時(shí)，CMRR 約為 81 dB；當(dāng)放大倍數(shù)提高至 100 時(shí)，CMRR 提升至約 100 dB，該結(jié)果與手冊(cè)參數(shù)基本一致。

圖2-30 AD8422的CMRR仿真結(jié)果

需要特別指出的是，儀表放大器的共模抑制比通常隨放大倍數(shù)的增加而提高，這一特性為高抗干擾模擬前端的設(shè)計(jì)提供了重要參考方向。在實(shí)際電路設(shè)計(jì)與系統(tǒng)優(yōu)化過(guò)程中，應(yīng)充分結(jié)合器件手冊(cè)中的性能曲線與應(yīng)用建議，通過(guò)合理選擇放大倍數(shù)及外圍參數(shù)配置，最大限度地發(fā)揮儀表放大器的共模抑制性能，從而提升整體系統(tǒng)的信號(hào)質(zhì)量與穩(wěn)定性。

備注：完整仿真教程見(jiàn)視頻課程《運(yùn)放秘籍》第二部：儀表放大器專項(xiàng)。

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