信号源内阻对差动放大电路共模抑制比的影响分析与改善方法
放大器参数解析与LTspice仿真 2022-09-21
    《差动放大电路中电阻误差对电路共模抑制比的影响与蒙特卡洛分析》一文,介绍在差动放大电路设计时匹配电阻精度造成的影响,而在差动放大电路应用中还有一个不可忽略的因素——信号源内阻。本篇对信号源内阻在差动放大电路的共模抑制比影响进行理论分析,并提供改善方法,同时结合仿真验证。

    如图2.54,将Rg1与Rg2值设定为Rg,Rf1与Rf2值设定为Rf,电路差模增益Ad(常态增益ANF)为Rf比Rg。当考虑信号源的输入阻抗因素时,电路实际的输出电压应由ANF-、ANF+决定,二者满足式2-34、2-35。

图2.54差分放大电路的信号源阻抗分析

    假定信号源内阻Rs1、Rs2远小于Rg与Rf之和,电路的共模抑制比为式2-36

    由式2-36可知,当信号源内阻Rs1与Rs2的差值与Rg比值占1%时,ANF为1时,电路的共模抑制比仅仅为40dB,即误差为1%级别。

    如图1(a), 使用ADA4077组建增益为1倍的差动放大电路,R1~R4阻值为1KΩ,V3是具有20Ω内阻,输出1V 直流信号的信号源,V4是具有10Ω内阻,输出1.1V 直流信号的信号源。另外,设定V3,V4内阻的精度为5%(模拟信号源内阻因环境的变换)。

    该电路理想情况下,会将输入V3与V4的差模信号转化为100mV输出,使用模特卡洛分析的结果如图1(b),可以清晰看到输出信号最大值为103.9mV,最小值为102.7mV, 均值的103.3mV,输出的误差为3.3%左右,符合上述分析。

图1 信号源内阻对ADA4077差动电路影响

    分析式2-36,降低信号源内阻之差,可以提高电路的共模抑制,而降低信号源内阻影响的方式为增加放大器的输入阻抗。但是直接增大Rg,Rf,随工作温度上升由温漂带来的失调电压也会随之增大。所以有效降低信号源内阻影响的方式,是使用两个放大器作为输入缓冲器提高输入阻抗,如图2.55,改善后的差动电路与信号源构建系统的共模抑制比仅由的Rg1、Rg2、Rf1、Rf2的误差δ决定,应避免出现《放大器共模抑制比(CMRR)参数评估与电路共模抑制能力实例分析》中错误示例的匹配电阻配置。

图2.55 高输入阻抗差动电路

    在将图1(a)中,V3,V4信号源输出与ADA4077差动放大电路之间串入缓冲器电路,得到图2(a),保留V3,V4内阻阻值误差为5%的条件,再次进行蒙特卡洛分析的结果如图2(b)。

    1.改善电路相比缺少缓冲器的电路,误差提升为0.044%;

    2.内阻阻值变化不会导致输出误差。

图2 信号源内阻对ADA4077差动改善电路影响

    综上,在实际的差动电路应用中,输入信号源内阻的绝对阻值、以及相对变化不容忽略,需要在输入级增加缓冲器电路提高电路的精度。

 

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