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沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节 共模抑制和仪表放大器 武汉力源电子股份有限公司 IC 信息部（430079） 陈慧华编译 摘 要：根据仪表放大器用来测量含有较大共模分量的微弱差模信号的特点,较详细地讨论 了仪表放大器的共模电压范围和共模抑制问题。给出了几种由 AD623/627 构成的实 用电路，并分析了相应的性能指标。 关键词：仪表放大器 共模抑制 差模信号 1、 引言 在工业应用中，共模电压是个经常存在的威胁。通常需要测量含有大的共模成份的微弱 差模信号。这些远距离信号和内部固有的 50Hz/60Hz 的电网干扰往往对测量造成相当的困 难。因此本文探讨仪表放大器及其与应用相关的共模电压的范围和共模抑制问题。我们从共 模电压和共模抑制的定义谈起，然后看看不同仪表放大器的结构，并验证在特殊应用中的共 模电压范围和共模抑制是否适当。 2、 共模抑制和差模信号 2.1 共模抑制 仪表放大器将两个信号的差值放大。典型的差模信号来自传感器件，诸如电阻桥或热电 偶。图 1 示出了仪表放大器的典型应用，来自电阻桥的差模电压被 AD620（低功耗，低成本， 集成仪表放大器）放大。在热电偶和电阻桥的应用中，差模电压总是相当小（几毫伏到十几 毫伏）。而两个输入端输入的同极性、同幅值的电压约为 2.5V，还有对测量无用的共模分量， 所以理想的仪表放大器应该放大输入端两信号的差值，任何共模分量都必须被抑制。事实上， 抑制共模分量是使用仪表放大器的唯一原因。实践中，仪表放大器从没有彻底抑制掉共模信 号，输出端总会有一些残余成份。 共模抑制比（CMRR）是用来衡量共模信号被放大器抑制程度的一个综合指标，它由下式 定义 式中的 Gain 是放大器的差模增益，Vcm 是输入端存在的共模电压，Vout 是输入共模电 压在输出端的结果。 代入具体值，如 AD620 集成仪表放大器所设置增益为 10 时，CMRR 为 100dB，图 1 中共 模电压为 2.5V，由（1）式求出它在输出端的电压为 250m V。有上面设定，注意到由输入和 输出失调电压所引起的输出电压约为 1.5mV，这说明作为误差源，CMRR 并没有失调电压重要。 至此，只讨论了直流信号的共模抑制比。 1 沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节 图 1 在一个典型的仪表放大器的应用中，输入共模电压由来自桥的直流偏压（VS/2）和输 入线中检拾的任何共模噪声组成。共模电压的一部分总会出现在仪表放大器的输出端。 2.2 交流和直流共模抑制比 在图 1 中，共模信号可以是稳态的直流电压（如来自电桥的 2.5V 电压），或是来自外部 干扰。在工业应用中，最普通的外部干扰从 50Hz/60Hz 输电干线检拾而来（例如来自照明灯， 电机或任何在输电干线上运行的设备）。在不同的测量应用中，仪表放大器输入端的干扰基 本相等，因此在这里干扰信号也被看作共模信号，被叠加在输入直流共模电压上，在输出端 得到的是这个输入共模信号的衰减形式，衰减程度取决于该频率下的 CMRR。 虽然直流失调电压可以通过微调和校准轻易除去，而输出端的交流误差却很麻烦。例如， 如果输入回路从输电干线检拾到 50Hz 或60Hz 的干扰，那么输出端的交流电压会降低整个应 用的分辨度。滤除干扰代价很昂贵，并且仅在对速度要求不高的应用中才可行。显然，整个 频率范围内的高共模抑制有助于减小外部共模干扰的影响。 所以，实践中在整个频率范围内来讨论 CMRR 比讨论它在直流时的情况要有意义得多。 集成仪表放大器数据手册列出了在 50Hz/60Hz 时的 CMRR，图解部分给出 CMRR 随频率变化的 曲线（见图 2）。 图 2 单电源AD623 的CMRR，100Hz 以前很平坦，之后开始下降。从图看出当编程