处理抑制问题:仪表放大器的 PSRR 与 CMRR（第 I 部分）

电气工程师习惯于处理各种抑制问题，从共模抑制到电源抑制，以至于 EMI 抑制，而且这也绝对是我们喜欢做的事。抑制越多越好！

然而对于仪表放大器而言，在计算由电源或共模电压变化产生的失调偏移时很容易产生困惑。这种困惑的根本原因如下图所示：

图 1：仪表放大器的典型电源抑制比曲线

在图 1 中，放大器的电源抑制比 (PSRR) 随放大器增益配置的升高而增加。这样很容易让人想到，在高增益下产生任何输出偏移，都需要电源的明显变化！但一定要记住：共模抑制比 (CMRR) 和 PSRR 都是输入参考参数：

(1)

PSRR 和 CMRR 定义为输入失调电压变化 ΔVOS(IN) 与电源电压变化 ΔVS 或共模电压变化 ΔVCM 的比值。

为了了解增益对这些参数的影响，请将大多数仪表放大器看成两个串行的放大器级，一个输入级放大器（如图 2 中 G1 所示）和一个输出级放大器（如 G2 所示）。电源或共模电压的变化会造成每个放大器级失调电压的变化，如图中 ΔVOS1 和 ΔVOS2 所示。

图 2：大多数仪表放大器的概念图

在需要计算输入时，用输入级增益 G1 除第二个失调电压变化 ΔVOS2。最后，由于两个失调变化的极性未知，可能为正也可能为负，因此可推导出公式 2：

(2)

在仪表放大器产品说明书中可找到该公式，从而可计算出由温度、电源和共模电压等不同因素所引起的输入失调变化值：

图 3：内容摘自 INA118 产品说明书，说明不同因素所导致的输入失调变化。

将公式 2 代入公式 1，就很容易得出增益如何影响仪表放大器的 PSRR 和 CMRR：

(3)

从输入级增益除以第二个放大器失调电压的变化值 ΔVOS2 可以得出，这两个参数会随增益的提高而增大。

到目前为止，我们一直关注的只是输入失调的变化，但输出端会怎样呢?毕竟我们通常真正关心的是放大器输出。很明显，我们可用 ΔVOS(IN) 乘以放大器总体增益来计算 ΔVOS(OUT)。

(4)

很多仪表放大器的输出级增益都为 1，这就意味着放大器总体增益由输入级增益决定。这样我们就可将公式 4 简化为：

(5)

由于输入级现已成为主要误差源，因此仪表放大器的 CMRR 和 PSRR 参数可在较高增益下得到改善。但是，还有一个我们尚未讨论的影响。细心的读者在观察图 3 时可能已经注意到了：输出级失调比输入级差。

PSRR 和 CMRR的指标越高越好；比如PSRR，当电源电压有一定噪声时，由于PSRR的抑制能力，不会因为电源不稳定而影响输出结果；