真實運放、回授與穩定度

共模拒斥比(common-mode rejection ratio, CMRR)

/ CMRR, said C-M-R-R /

共模拒斥比量度一個差動放大器忽略其兩輸入所共有之物、卻仍對兩者之差作出反應的本領。想像你要聽清一個耳語的字(你要的差值),而一陣巨吼(共模雜訊)等量打在你雙耳上;CMRR 就是放大器把那共有的吼聲調掉得多好。CMRR 越高,想要的差值就越乾淨地在共有干擾的汪洋中存活。

CMRR 是放大器差模增益與共模增益之比,以分貝表示:CMRR = 20 times log10(差模增益 / 共模增益)。CMRR 為 100 dB,代表兩輸入共有的訊號相對於差模訊號被衰減十萬倍。例如:5 V 的市電哼聲等量出現在兩輸入;CMRR 100 dB 時它只以 5 V / 100,000 = 50 微伏的誤差(折算到輸入)漏過。CMRR 在直流與低頻最佳,並隨頻率升高穩定變差,所以規格書以曲線而非單一數字給出它。

為何重要:CMRR 正是讓感測器訊號在又長又吵的纜線、市電哼聲、以及兩台設備間的接地差異中存活的關鍵。誠實的現實是,對以離散電阻搭建的差動放大器,CMRR 受限於電阻匹配而非運放:普通 1% 電阻只給出約 34 到 46 dB。這正是當需要高 CMRR(100 到 120 dB)時,要使用內部雷射修整匹配的整合式儀表放大器的原因。

兩個運放輸入都坐在 3 V(共模)並帶著 50 mV 的哼聲。CMRR 90 dB(約 31,600 倍)時,那哼聲在輸出呈現得彷彿只是 50 mV / 31,600 = 1.6 微伏的輸入差——小到能埋沒在想要的訊號之下。

CMRR = 20 log(差模增益 / 共模增益);分貝越高,對共有雜訊的拒斥越乾淨。

離散差動放大器的 CMRR 由電阻匹配而非運放決定。四顆 1% 電阻把它封在約 40 dB;要達到 100 dB,需要 0.01% 匹配的電阻,或實務上一顆整合式儀表放大器。

又称
CMRRcommon-mode rejection共模抑制比