共模拒斥比

共模拒斥比(英語:common-mode rejection ratio, CMRR)是類比電路差分放大器(或者其他電子元件)的一個用於衡量其抑制兩端輸入訊號共模部分的一個參數。在實際應用中,例如,當有用訊號為低電壓訊號且疊加在一個可能較高的電壓補償,或者是相關信息表示為在兩個訊號的差值時,較高的共模拒斥比就十分重要。

簡化的雙端輸入運算放大器模型。運算放大器將之間的差模訊號進行運算處理,而對共模訊號進行抑制衰減。圖中分別提供正負直流電壓保證運算放大器的靜態工作點。

理想狀態下,一個差分放大器兩個輸入端分別輸入,輸出,這裡 為差模增益。然而,現實中的差分放大器用下式表示更佳:

這裡是共模增益,通常情況遠小於差模增益。

共模拒斥比定義為差模增益與共模增益的比值:

其中,為差分放大器的差模增益,為共模增益。

如果使用對數,則共模拒斥比可以用分貝值來表示[1]

由於差模增益一般遠大於共模增益,共模拒斥比是一個正數。

共模拒斥比是一個很重要的產品參數,它表示了通過放大器的共模訊號的抑制與衰減的情況。其值通常也取決於訊號本身的頻率,因此嚴格來說必須表示為一個函數[2]

抑制共模訊號在訊號傳輸中降低雜訊訊號十分重要。例如,在雜訊環境中測量熱電偶的阻抗時,環境中的雜訊同時輸入兩個埠,造成一個共模的雜訊訊號。測量儀器的共模拒斥比決定了其對雜訊或者補償的衰減。

運算放大器的例子

一個運算放大器(簡稱運放)有兩個輸入端,同相輸入端( )和反相輸入端( ),其開環增益 。理想運算放大器的輸出訊號可表示為:

 

這個方程表示了一個無窮大的共模拒斥比。如果兩個輸入埠輸入完全相同(包括幅值相位)的訊號,則輸出訊號為零。在實際應用中,常常不是絕對的理想運算放大器,共模拒斥比越低,則共模訊號在輸出訊號中的體現越大。例如,常見的741型運算放大器,在大多數情況下其共模拒斥比約為90分貝[3]。對於那些對運算放大器輸出變化不太敏感的應用中,70分貝的共模拒斥比已經足夠。一些高端的電子設備可能會使用120分貝(如LM4562M[4])甚至更高的運算放大器。

參考文獻

  1. ^ dB: What is a decibel?. School of Physics, UNSW. [2011-01-16]. (原始內容存檔於2020-12-09). 
  2. ^ Gianluca Giustolisi, Member, IEEE, Giuseppe Palmisano, Member, IEEE, and Gaetano Palumbo, Senior Member, IEEE. CMRR Frequency Response of CMOS Operational Transconductance Amplifiers. IEEE Xplore. [2011-01-16]. 
  3. ^ What You Shoud Know about (741) Operational Amplifier?. DATASHEET and Circuit Diagram. [2011-01-17]. (原始內容存檔於2020-07-03). 
  4. ^ LM4562, Dual High Performance, High Fidelity Audio Operational Amplifier from the PowerWise® Family. National Semiconductors. [2010-01-16]. (原始內容存檔於2010-01-23). 

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