放大器共模抑制比参数定义及影响电路共模抑制的因素分析

许多硬件工程师会将放大器的共模抑制比视为最难掌握的直流参数，首先因为定义所涉及的因子容易产生混淆；其次，掌握了共模抑制比的定义，按其字面理解难以在设计中直接使用；最后，掌握了放大器的共模抑制比参数的评估方法，不代表可以在应用电路对共模信号实现有效抑制。本篇解析放大器共模抑制比参数定义与其影响的评估方法，以及结合一个实际案例讨论影响电路共模抑制的因素。

在讨论共模抑制比之前，先认识两个专有名词，差模增益Ad、共模增益Ac。

如图2.42（a），差模增益定义为加载于两个输入端之间的信号所获得的增益，如式2-24。

图2.42差模输入与共模输入信号增益示意图

放大器的差模增益是电路所需要的增益，而共模增益将放大直流噪声。共模抑制比（Common Mode Rejection Ratio，CMRR），定义为差模增益与共模增益的比值，如式2-26。

式中，Vcm为输入共模电压，Ver_CMRR为共模电压所引起的输入直流误差。

老一代精密放大器的共模抑制比通常在70dB至120dB左右，新一代精密放大器的共模抑制比性能大幅提升。如图2.43所示，OP07在25℃环境中，供电电压为±15V，共模电压为±13V时，共模抑制比最小值为100dB，典型值为120dB;而ADA4077在同等工作环境和工作电压下，共模电压为-13.8V至13.8V时，共模抑制比最小值为132dB，典型值为150dB。

图2.43 ADA4077与OP07共模抑制比性能

如图2.44，在相同电路中对比OP07、ADA4077共模抑制比的性能，假定电阻完全匹配（R1=R3，R2=R4），共模电压为10V。

图2.44 0P07与ADA4077差分放大电路图

使用OP07共模抑制比的典型值120dB代入式2-28，共模电压在输入端将产生的输入直流误差为10μV。

而使用ADA4077共模抑制比的典型值150dB代入式2-28，共模电压在输入端将产生的输入值误差为0.316μV。

由此可见，在该差分电路中，使用ADA4077替换OP07，由放大器共模抑制比限制所产生的直流误差明显改善。

上述分析通常适合在选型阶段评估放大器共模抑制比是否符合要求，在实际设计中，放大器共模抑制比参数不等于电路共模抑制比，而电路的共模抑制是更为关注的设计要点。

2017年10月中旬，笔者接到一位异地项目负责人的特急求助电话，其研发的设备在核心客户试用中出现异常，将影响核心客户产品的生产品质，已经收到限期整改通知。电路如图2.45，工程师使用2片ADA4522-2组建差动电路，第一级电路U8A、U8B实现差动电路的输入缓冲器功能，第二级电路U5A实现差动信号放大电路，其中，R6、R7阻值为30KΩ，误差为1%，R5、R74阻值为3KΩ，误差为1%，电路预期的增益设计为10倍。