消除共模电压的放大器
发布时间：2010-10-23 12:13
发布者：analog_tech
有史以来（或至少是有精密电子以来），模拟设计者最头痛的问题之一就是 CMV（共模电压）带来的误差，或称之为可怕的地回路。尽管恐惧冲击着工程师们的心灵，但 CMV 并没有什么特别神秘之处。CMV 误差的产生原因很简单：不同位置上电路的公共电压基准（即：地），如一个机箱的传感器和另一个机箱的 ADC，两个基准电位是不同的。因此，当你在相距遥远的电路之间传送信号时，CMV 的差异会表现为附加的噪声和偏移，损害了所需信号。 消除 CMV 误差有很多方法。包括一种在接地互连处使用大量铜箔的强力方案，用全差分仪表放大器信号调整器，以及使用电流隔离器。根据不同因素在CMV问题中所占比重，以及需要CMV矫正的信号通道数量，每种方法都能找到自己的位置。最常用和最有效的一种CMV矫正方式是差分放大，即采用模拟量减法，从信号中去除CMV分量。这种方法的缺点是每个信号通道上都需要一只专门的放大器。图1中的电路是差分放大器思路的一种变型，它将两个共享的CMV放大器与八个复用通道中的简单无源电阻对组合起来，以最少的元件数量为大量模拟通道实现CMV消除。 下面是工作原理。放大器 A1 将 CMV放 大10倍并反相。然后将这个 CMV加到一个无源累加网络阵列上，每个输入信号一个。每个网络两只脚间比率为10:1，把进入的输入电压和CMV信号与 -10V CMV接地噪声基准组合起来：V=10/11×(VI+VCM) +1/11×(10×VCM)=10/11×VI+10/11×(VCM-VCM)=10/11×VI。VCM 的衰减因子主要取决于 20 kΩ与 2 kΩ电阻比匹配的精度。如果是 1% 匹配，CMRR（共模抑制比）大约为 100:1，或 40 dB；对 0.1% 匹配，CMRR 为 1000:1，或 60 dB。 然后，模拟复用器选择所需的输入电压输入到11/10比率因数校正放大器A2。可选的0.1mF滤波器电容提供少许的低通噪声过滤，你应按照自己设备的带宽要求对其作相应修改。对很多应用而言，180ms左右（或大约88Hz）太慢了，而对其它应用则太快。 |
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