INA 的 CMRR 不随增益变化是什么原因？

我的同事 John Caldwell撰写了几篇关于仪表放大器 (INA) 电源及共模抑制比 (PSRR & CMRR) 的极好博客文章。（参见“处理抑制问题：仪表放大器 PSRR 与 CMRR”第 I 部分 和 第 II 部分）。

他准确指出了大多数 INA 器件的 CMRR 与 PSRR 性能会随增益变化。但少数 INA 的 CMRR 不随增益变化而变化该怎么办呢？

图 1 是低功耗、单电源 INA331 的 CMRR 与频率的产品说明书比较图，其表现如下所示。

 

 

图 1：INA331 的 CMRR 与频率比较

尽管 CMRR 可通过下列公式 1 计算，但公式 2 是 CMRR 的学术定义，其中 Adm 是差分增益，Acm 是共模增益。

 

 

包括 INA 在内的差分放大器不仅要抑制共模信号，而且还要放大差分信号。因此，根据公式 2 可知，增大 Adm 将提高 CMRR。36V、低功耗、轨至轨输出 (RRO) INA826 具有这种表现，如图 2 所示。

 

 

图 2：INA826 的 CMRR

那为什么改变器件增益时，INA331 和 INA826 会有不同的表现呢？

图 3 是器件的简化原理图。它们都有三个运算放大器，差分输入和单端输出,增益使用外部电阻器设置。

 

 

图 3：INA826（左）与 INA331（右）

甚至增益公式（公式 3 和公式 4 所示）看上去也很相似。

 

检查两个器件的输入与输出级，我们可得出答案。

图 4 是 INA826 的输入 (A1-A2) 与输出 (A3) 级。输出级增益因集成型电阻器而固定，RG 决定器件的整体增益。输入级是差分输入，因此 RG 可控制器件的差分增益。所以在器件增益发生变化时，CMRR 性能会随之改变。

 

 

图 4：INA826 的简化原理图

图 5 是 INA331 的输出级 (A3)。R1 和 R2 是外部电阻器，其可根据公式 4 设定器件的增益。注意，输出级是单端输出。

 

 

图 5：INA331 输出级，外部电阻器

图 6 是重新绘制的 INA331 输入级 (A1-A2)。公式 5 是图 6 中电路的转换函数。INA331 的输入级可执行三种功能。它可将差分输入转换成单端信号，可应用差分增益，并可添加参考电压。

该级中的所有电阻器都在器件内部。因此，INA331 的差分增益由 Rf 与 Rg 的比值决定！

 

 

 

图 6：INA331 输入级，所有电阻器为内部

 

总之，尽管 R1 和 R2 可改变 INA331 的增益，但它们无法改变差分增益。输入级的集成型电阻器决定着差分增益。这就是为什么器件 CMRR 不随增益变化而变化的原因所在！

其它具有相同表现的 INA 器件还包括单电源、低功耗 CMOS INA321、INA322 以及 INA332。

因此，下次您在改变 INA 增益时，请务必弄清楚您要改变哪个增益……，CMRR 取决于此！