技術分析:差動放大電路中電阻誤差對電路共模抑制比的影響與...

如《放大器共模抑制比（CMRR）參數評估與電路共模抑制能力實例分析》中案例，由於電阻誤差導致電路共模抑制能力下降，是使用通用放大器組建差動放大電路的常見問題之一。工程師常常疑惑1%誤差的電阻對共模抑制比產生的影響有多大？本篇將詳細討論，並配合LTspice中蒙特卡洛分析進行仿真。

如圖2.44，假定電阻R1~R4是為沒有誤差的電阻，則電路的CMRR值決定於放大器本身。

    圖2.44 ADA4077差動放大電路

輸出信號為式2-29。

使用ADA4077共模抑制比的典型值150dB代入式2-29，可得誤差與信號佔比約為0.0316‰。

將圖2.44中電阻R1~R4的阻值誤差設定為δ，電路如圖2.53。

圖2.53 含有電阻誤差的差動電路

由於δ遠小於1,故電路的差模增益Ad仍為R2比R1,但是共模增益Ac變化很大。在共模輸入信號Vcm作用下，輸出信號Vo_cm為式2-30。

整理後，可得式2-31。

因此，電路的共模增益Ac為式2-32。

所以電路的共模抑制比為式2-33。

將電阻誤差1%，差模增益100代入式2-33，計算圖2.53電路的共模抑制比約為2525倍（68dB）。

電路實際輸出信號為：

可見，由於電阻誤差導致的輸出直流誤差與信號佔比約為39.6%，相比ADA4077自身共模抑制比導致的誤差增大12522倍，電路遠遠不能發揮ADA4077的高共模抑制比優勢。所以新一代差動放大器內部集成了經過雷射校準的比例電路進行優化。

在LTspice中可以使用蒙特卡洛分析電阻影響，如圖1（a）使用ADA4077組建差動放大器，增益為-100倍，輸入共模信號為10V，輸入差模信號為10mV,理想情況下輸出信號-1V。

圖1 ADA4077-2電路蒙特卡洛分析

而將電阻R2、R4 設置為1KΩ±1%，R1、R3設置為100KΩ±1%時，使用蒙特卡洛分析結果如圖1（b），在電阻誤差範圍內隨機產生100組電阻數據，所得到的輸出電壓最大值為-1.332V,最高輸出電壓最小值為-0.673V。