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​高频高压差分探头的 CMRR为什么这么重要,共模抑制比 (Common Mode Rejection Ratio)是什么 ?

发布时间: 2022-09-21 浏览次数:
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CMRR,共模抑制比 (Common Mode Rejection Ratio)

CMRR是指去除具有两个输入电路的差分放大器所共有的输入信号(噪声分量Vn)的能力。
当电网电源信号 (In) 等流经接地电路时,会产生噪声信号 (Vn),并将其作为同相分量施加到差分放大器。但是,出现在放大器输出端的同相噪声分量非常小 (同相增益很小,理想情况下为0.)
如果差分增益 (图中Vs的增益) 为Adiff且同相增益 (图中Vn的增益) 为Acom,则CMRR的定义为以下公式:

CMRR = Adiff/Acom = Adiff [dB] - Acom [dB]

例如:PMK的BumbleBEE 高压差分探头 CMRR在的3.2Mhz频率下还有62dB (最小值)

1663740545779.png

1663740414128.png

随着系统的变大,(1)和(2)就会看起来相同,但由于电势和阻抗不同,因此接地电路的电流在(1)和(2)之间流动并变成噪声。

CMRR1.jpg

实际使用差分放大器时,需要信号线。另外,信号源具有输出阻抗。因此,下图中简单显示了使用差分放大器时的等效电路。在没有这些阻抗的情况下,噪声源将以完全相同的电压值施加到差分放大器的正极和输入端子,并且CMRR不会变差。 但是,实际上,这些数值是不容忽视的,并且当将噪声源施加于差分放大器的正负时,会出现电压差,并且这种差会使CMRR恶化。

首先,举一个简单的例子,信号源阻抗Rs:10 kΩ,差分放大器Rin+ = Rin-:忽略10 MΩ的输入电阻,以及Rc等的其他阻抗:

・对于直流来说,差分增益为0.9990,同相增益为0.0009990,CMRR为20log (0.9990 / 0.0009990),即为60.0 dB。
   接下来,如果Rs:0 kΩ,Cc1 + Cin + = Cc2 + Cin-:500 pF

・在10 kHz时,差分增益为0.9532,同相增益为0.2994,CMRR下降到大约0.1 dB。

注意,如果以这种方式从信号源到差分放大器的正极输入端时,若传输途径中存在不平衡,则CMRR会恶化。下图的情况下,将会用与Rs相同的阻抗插入负极输入以改善CMRR。

在实际使用条件下,很难在大范围内的输入部分达到平衡,并且很难在几十千赫兹以上实现高CMRR。

CMRR2.jpg

Rs:信号源输出电阻
Rc1,Rc2:电缆的直流电阻
Lc1,Lc2:信号电缆电感(平行电缆为1 µH/ m,50 Ω同轴电缆为250 nH / m)
Cc1,Cc2:信号电缆电容(屏蔽电缆为150 pF / m,50 Ω同轴电缆为100 pF / m)