CMRR: il rapporto di rifiuto del modo comune dell'amplificatore differenziale
Common-Mode Rejection Ratio Definito
CMRR = 20 log₁₀(|Ad| / |Acm|) dB, dove Ad = guadagno differenziale, Acm = guadagno modo comune. Un CMRR elevato significa che l'amplificatore amplifica la differenza tra i suoi ingressi ignorando i segnali comuni a entrambi.
Perché è importante
- Il rumore reale è in modo comune: Rumore rete 50/60 Hz, loop di massa, pickup RF, gradienti di temperatura—tutti appaiono identici su entrambi gli ingressi.
- Il segnale è differenziale: Ponti sensori (estensimetro, termocoppia, elettrodi ECG) producono tensioni di polarità opposta sui due conduttori.
- Senza alto CMRR: La tensione modo comune si converte in errore di uscita tramite Acm finito, mismatch resistente e squilibrio di capacità parassita.
Valori tipici
| Classe dispositivo | CMRR (dB) | Note |
|---|---|---|
| Op-amp generico (LM358) | 70–90 | DC–100 Hz |
| Amplificatore di precisione strumentale (INA826) | 100–130 | DC–1 kHz, laser-trimmed |
| Chopper-stabilized (LTC2057) | 140+ | Effettivamente DC–kHz |
| Coppia differenziale discreta (abbinata) | 80–100 | Dipende da Z della sorgente di corrente di coda |
Meccanismi di degradazione CMRR
- Frequenza: CMRR decresce a −20 dB/decade a causa di capacità parassite.
- Squilibrio impedenza sorgente: ΔRs converte tensione modo comune in errore differenziale.
- Layout PCB: Lunghezze tracce/coupling asimmetrici.
- Rifiuto alimentatore (PSRR) che si accoppia nel percorso modo comune.
Checklist di progettazione per alto CMRR
- Usa reti di resistori abbinati (0.01% o laser-trimmed) per l'impostazione del guadagno.
- Bilancia le impedenze sorgente (aggiungi R in serie se necessario).
- Usa guard-ring su nodi sensibili; guida attivamente gli schermi dei cavi (right-leg drive in ECG).
- Verifica con analizzatore di rete o sweep CMRR con scheda audio fino alla banda di interesse.
Il CMRR non è una decorazione da scheda tecnica—è la differenza tra un ECG pulito e un pasticcio da 60 Hz.