【设计秘笈】如何正确处理CMRR给仪表放大器精度带来的影响

仪表放大器，简称仪放，英文名叫做Instrument Amplifier，通常用于高精密低频信号检测，像温度，压力等电桥差分测量、电流取样、生物电等微弱差分信号放大。这些信号有共同的特点就是：差分信号、幅度较小、源阻抗较高、并且共模电压变化比较大。放大这些信号通常直流精度要求较高，失调电压，失调电流通常是我们关注的参数。然而还有一个非常重要的参数，CMRR，共模抑制比也会对仪表放大器的精度造成重要的影响。

共模抑制比

共模抑制比，描述的是放大器共模电压的变化导致的输出电压的变化，通常使用dB值来描述。举个例子，比如80dB的共模抑制比，代表共模电压变化1V，输入失调电压变化0.1mV，如果放大1000倍，那么对应的输出失调电压将变化100mV。

应用场景深入解析

上图中， Vout 为输出失调电压；Vcm 为输入共模电压；即输入端对地共模电压与 Vref 之间的差值；Gain 为仪表放大器的增益。从公式上看，仪表放大器的共模电压导致的输出失调电压变化与增益有关系。

实际上，仪表放大器的CMRR指标在不同的增益下是不同的。比如TI典型的高精度零失调仪表放大器INA188，在增益为1的时候，CMRR最小值为84dB，而在增益为1000的时候，CMRR的最小值为118dB，典型值为130dB。所以重复上面的例子，使用INA188放大1000倍，1V的共模电压变化，典型情况下输出失调电压变化仅仅为0.3mV，这可以满足绝大部分应用场合的应用要求。

上图所示的是一个典型的电桥测量方案，包含前级差分仪表放大器，电平移位限幅缓冲驱动ADC等结构，提供高精度的小信号采样。典型的仪表放大器可以参考INA188, INA826, INA333，可以覆盖从高电压到低功耗的全部场合，并且CMRR在放大倍数为10的时候的最小值大于100dB。OPA196为TI全新一代的E-trim运算放大器，直流失调电压更是在100uV以下，OPA191甚至达到5uV 。这样高的CMRR和低的失调电压，提高系统精度的同时可以降低系统的设计难度和成本，提升产品的竞争力。