消除共模电压的放大器

2007-09-11 08:59:06来源: EDN China 关键字:回路  基准  信号  偏移
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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