儀表放大器最顯著的優(yōu)勢之一在于其極高的共模抑制比(Common-Mode Rejection Ratio,CMRR),這一指標直接決定了系統(tǒng)在強共模干擾環(huán)境下對微弱差模信號的提取能力。因此,在儀表放大器選型與電路設(shè)計階段,有必要通過仿真手段對其 CMRR 特性進行定量分析與驗證。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),即對兩個輸入端同時施加幅值與相位相同的共模信號,測量輸出端的響應(yīng);右上角電路用于仿真同樣放大倍數(shù)為 1 時的差模放大倍數(shù),即對兩個輸入端施加等幅反相的差模信號。通過上述兩組仿真結(jié)果,并結(jié)合《運放密集》視頻課程中對共模抑制比定義及計算公式的介紹,即可得到 AD8422 在放大倍數(shù)為 1 時的 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 時的共模放大倍數(shù)與差模放大倍數(shù)仿真電路。通過對這兩種工況下輸出幅值的頻域分析,可進一步計算并得到 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)手冊中給出的典型特性曲線高度一致,驗證了仿真模型與分析方法的正確性。例如,在 10 kHz 頻率處,當放大倍數(shù)為 1 時,CMRR 約為 81 dB;當放大倍數(shù)提高至 100 時,CMRR 提升至約 100 dB,該結(jié)果與手冊參數(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)計提供了重要參考方向。在實際電路設(shè)計與系統(tǒng)優(yōu)化過程中,應(yīng)充分結(jié)合器件手冊中的性能曲線與應(yīng)用建議,通過合理選擇放大倍數(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)的信號質(zhì)量與穩(wěn)定性。

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