信号源内阻对差动放大电路共模抑制比的影响分析与改善方法

    《差动放大电路中电阻误差对电路共模抑制比的影响与蒙特卡洛分析》一文，介绍在差动放大电路设计时匹配电阻精度造成的影响，而在差动放大电路应用中还有一个不可忽略的因素——信号源内阻。本篇对信号源内阻在差动放大电路的共模抑制比影响进行理论分析，并提供改善方法，同时结合仿真验证。

    如图2.54，将Rg1与Rg2值设定为Rg,Rf1与Rf2值设定为Rf，电路差模增益Ad（常态增益ANF）为Rf比Rg。当考虑信号源的输入阻抗因素时，电路实际的输出电压应由ANF-、ANF+决定，二者满足式2-34、2-35。

图2.54差分放大电路的信号源阻抗分析

    假定信号源内阻Rs1、Rs2远小于Rg与Rf之和，电路的共模抑制比为式2-36

    由式2-36可知，当信号源内阻Rs1与Rs2的差值与Rg比值占1%时，ANF为1时，电路的共模抑制比仅仅为40dB，即误差为1%级别。

    如图1（a）, 使用ADA4077组建增益为1倍的差动放大电路，R1~R4阻值为1KΩ，V3是具有20Ω内阻，输出1V 直流信号的信号源，V4是具有10Ω内阻，输出1.1V 直流信号的信号源。另外，设定V3，V4内阻的精度为5%（模拟信号源内阻因环境的变换）。

    该电路理想情况下，会将输入V3与V4的差模信号转化为100mV输出，使用模特卡洛分析的结果如图1（b）,可以清晰看到输出信号最大值为103.9mV,最小值为102.7mV, 均值的103.3mV,输出的误差为3.3%左右,符合上述分析。

图1 信号源内阻对ADA4077差动电路影响

    分析式2-36，降低信号源内阻之差，可以提高电路的共模抑制，而降低信号源内阻影响的方式为增加放大器的输入阻抗。但是直接增大Rg,Rf，随工作温度上升由温漂带来的失调电压也会随之增大。所以有效降低信号源内阻影响的方式，是使用两个放大器作为输入缓冲器提高输入阻抗，如图2.55，改善后的差动电路与信号源构建系统的共模抑制比仅由的Rg1、Rg2、Rf1、Rf2的误差δ决定，应避免出现《放大器共模抑制比（CMRR）参数评估与电路共模抑制能力实例分析》中错误示例的匹配电阻配置。

图2.55 高输入阻抗差动电路

    在将图1（a）中，V3,V4信号源输出与ADA4077差动放大电路之间串入缓冲器电路，得到图2（a）,保留V3，V4内阻阻值误差为5%的条件，再次进行蒙特卡洛分析的结果如图2（b）。

    1.改善电路相比缺少缓冲器的电路，误差提升为0.044%；

    2.内阻阻值的变化不会导致输出误差。

图2 信号源内阻对ADA4077差动改善电路影响

    综上，在实际的差动电路应用中，输入信号源内阻的绝对阻值、以及相对变化不容忽略，需要在输入级增加缓冲器电路提高电路的精度。

来源：放大器参数解析与LTspice仿真