1 概述
有个潜在问题却往往被忽视,即仪表放大器中存在的射频整流问题。当存在强射频干扰时,集成电路的内部结点可能对干扰进行整流,然后以直流输出失调误差表现出来;
2 共模和差模输入滤波器
该滤波器针对CM(R1-C1和R2-C2),差模(DM)信号(R1+R2和C3与串联的C1-C2并联)提供完全平衡的滤波。如果R1-R2和C1-C2匹配不佳,VIN 处的某些输入共模信号将转换为仪表放大输入端的差模信号。 因此,C1和C2的匹配精度至少应达到5%。此外,R1和R2应该采用1%金属薄膜电阻,以便帮助实现这一匹配精度。
此处假设VIN 引脚处的源阻抗小于R1-R2,并且相互匹配。在此类滤波器中,所选的C3应该至少比C1或C2 (C3 ≥ 10C1, 10C2)大10倍,以抑制因R1-C1和R2-C2时间常数不匹配所引起的CM-DM转换而导致的杂散差分信号。
假设C3 >> C1,由此得到CM滤波器带宽为1 /(2πR1⋅C1),而DM滤波器带宽则大约为1 /(4πR1⋅C3);
总体DM滤波器带宽应至少为输入信号带宽的100倍。滤波器元件应对称安装在具有较大面积接地层的电路板上,并且应该靠近仪表放大器的输入端,以便获得最佳性能。
共模带宽定义为连接在一起的两个输入与地之间出现的共模 RF 信号。认识到C2 不影响共模RF信号的带宽很重要,因为这个电容器是连接在两个输入端之间的(有助于使它们保持在相同的RF信号幅度)。因此,共模带宽由两个RC网络(R1a/C1a和 R1b/C1b)对地的并联阻抗决定。
3 共模滤波电容不匹配电路模型
详细推导过程
仿真:
进一步表明,通过向 INA333 注入一个100 mVpp、100 kHz 共模误差信号,且1.6 kHz 滤波器截止频率RC不匹配为10% 时,其所产生的误差如下:
显示了一种更好且更常见输入滤波方法,其改进是在仪表放大器输入之间添加一个差动电容Cdiff
添加这种电容并没有彻底解决问题,因为必须按照如下两个标准对Cdiff进行调节:
- 差动截止频率必须足够高,以远离信号带宽,从而实现充分的滤波稳定;
注:差模滤波器截止频率大于信号最高频率的100倍,且差模电容是共模电容的10倍以上。
差分滤波器截止频率为最高信号频率的100倍,主要目的不让信号失真。
差动截止频率必须足够低,以将共模噪声降至可接受水平,让仪表放大器CMRR能够实现剩余噪声抑制,最终达到可以接受的SNR。方程式5给出了进行这种调节的一般原则:
说明:仪表放大器前部的低通滤波器应该有一个差动电容,且其大小至少应比共模电容高10 倍。这样,通过减小Ccm不匹配的影响,让共模噪声变为差动噪声。