如《放大器共模抑制比(CMRR)參數(shù)評估與電路共模抑制能力實例分析》中案例,由于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(chǎn)生的影響有多大?本篇將詳細討論,并配合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值決定于放大器本身。

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,可得誤差與信號占比約為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
由于δ遠小于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。

整理后,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,由于電阻誤差導致的輸出直流誤差與信號占比約為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(fā)揮ADA4077的高共模抑制比優(yōu)勢。所以新一代差動放大器內(nèi)部集成了經(jīng)過激光校準的比例電路進行優(yōu)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),在電阻誤差范圍內(nèi)隨機產(chǎn)生100組電阻數(shù)據(jù),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。
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