一文读懂运放共模抑制比（上）

共模抑制比（CMRR）

定义：差模电压增益与共模电压增益的比值，用dB 表示。

优劣范围：一般运放都有60dB 以上的 CMRR，高级的可达140dB 以上。

当运放为单端输入时，不存在CMRR的问题。只有将运放用成类似减法器的时候，即两个输入端是变化的，该指标才会发挥作用。

也就是说对同相或者反相比例运放电路，该参数不会起到什么影响。这个时候就是减法器决定这个共模抑制比。

我们通过差分电路来描述一下共模抑制比是如何来影响输出的。

如上公式所示，输出电压其实是由两部分组成，即共模分量和差模分量。

对于差模电压的放大倍数就是差分电路电阻网络所构成的增益的比例关系。

而对于共模信号，除了这个差分比例系数（电阻网络），又多了一个系数，这个系数就是共模抑制比。

如果共模抑制比很大，那么共模信号对输出不会有什么影响，而如果共模抑制比一般，那么就需要考虑这一点了。

共模信号产生的原因：

一个运放的共模抑制比好与不好，减法器性能决定共模抑制比的高低。减法器对共模进行减法运算时，我们想要的是将运放两个输入端的共模信号全部消除掉，这样输出也是0。但是那是理论上的，实际上减法器是晶体管搭建的，运放的输入端不是完全对称了，这也导致减法器非理想。

而对称性做的如何，也将决定减法器的性能。总会有那么一点点偏差，也许是uV级别的，也许是nV级别的，而这个偏差通过运放放大就出现在了输出，从而影响输出的波形。

另外，通过Vo_c=R2/R1∗Vc/CMRR可以看出，其实就是共模电压被抑制之后作为输入，然后经过差分增益放大给到输出。（作为差模的一部分加入到了原来信号中去了）

下面举2个实例验仿真验证一下：

除了输入共模电压，两个电路的参数完全相同。我们看一下输出的波形。

1)上图共模电压是为0V，输出可以看出放大10倍之后也是按照0V为中心波动的正弦波；

2)上图共模电压是为1V，按理说，输出应该仍然按照0V为中心波动的正弦波，但是从结果看输出波形被平移了10mV。这个10mV就是输入共模电压1V所产生的（没有被完全抑制）。

对照上一页的公式不即Vo_cm=R2/R1∗1/CMRR∗Vc。这里的共模输出电压为10mV，差分增益为10，共模输入电压为1V。那么我们得到CMRR为1000，即60dB。跟规格书还是基本相符的。

作为对比，我们再看一个高共模抑制比的例子。

这里选用OPA364，号称典型值为90dB的共模抑制比，我们来看看。

仿真出来的输出波形共模分量为0.335mV。通过公式计算，CMRR为88.5dB，与规格书还是比较相符的。

这个偏移量，很像我们之前提到过的输入失调电压，会不是是因为输入失调电压的存在，而导致输出有这么一个偏移量。

那么大家这里有没有怀疑过，这里的输出偏移也是因为失调电压所导致的，而并不是共模抑制比能力不够所导致的？

我们看看上述例子，因为这里只关心共模信号电压，所以我们把差模分量去除了。

分别设置共模电压为0，1，2V。我们得到相应的输出电压为0，8.2mV，11.35mV。通过前面的计算公式我们可以很轻松的得到运放的CMRR的值。如列表。从仿真结果，很容看到，当输入电压变化时，输入的失调电压确实在变化，如图中的，745uV，1.03mV。可以看出输出的偏移量是因为运放的失调电压所导致。

另外，输出除以这个失调电压。例如

8.2mV/745.62uV=11；

11.35mV/1.03mV=11;

603.75/54.89=11。

怎么居然是一样的？这个11是不是很像（1+R2/R1）？这个不是正相比例放大器的增益么。这简直了！这不就是失调电压的影响。

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