在DC到低頻傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)應(yīng)用中，僅僅依靠儀表放大器的共模抑制比(CMRR)并不足以在惡劣的工業(yè)使用環(huán)境中提供良好的噪聲抑制。要想避免多余噪聲信號(hào)的傳播，對儀表放大器輸入端低通濾波器中各組件進(jìn)行正確的匹配和調(diào)節(jié)至關(guān)重要。由此才能讓內(nèi)部電磁干擾/無線電頻率干擾(EMI/RFI)濾波和 CMRR共同作用，降低其他噪聲，從而達(dá)到可以接受的信噪比(SNR)。本文就將利用調(diào)節(jié)濾波器各組件這一方法來提高降噪效果。
例如，請思考圖1所示低通濾波器實(shí)施。電阻傳感器通過一個(gè)低通濾波器網(wǎng)絡(luò)差動(dòng)連接至一個(gè)高阻抗儀表放大器，而低通濾波器網(wǎng)絡(luò)由RSX和CCM組成。理想情況下，如果每條輸入支線的CCM都完全匹配，則兩個(gè)輸入端共有的噪聲量將在到達(dá)INA輸入端以前得到相應(yīng)的降低。
圖1 共模輸入濾波
共模濾波器電容(Ccm)完全匹配時(shí)，噪聲幾乎被徹底消除。圖2顯示了TINASPICE仿真的這一結(jié)果，其將一個(gè)100mVpp、100kHz的共模誤差信號(hào)注入到INA333輸入端。
圖2 INA333共模濾波的完全輸入RC匹配舉例仿真
這種方法存在的問題是現(xiàn)貨電容都有一個(gè)5%到10%的典型容差，這就是說如果每條支線的CCM反向不匹配，總差動(dòng)容差便會(huì)高達(dá)20%。圖3更好地表示了這種電容不匹配，同時(shí)還顯示了電阻傳感器輸出端的共模噪聲輸入(eN)情況。
圖3 RC不匹配和共模噪聲注入共模濾波
這種輸入不匹配(?C)形成截止頻率誤差，使共模噪聲eN差動(dòng)進(jìn)入INA輸入，之后被增益輸出，成為誤差電壓。方程式1-3顯示了到達(dá)輸入端的共模噪聲量：
假設(shè)傳感器信號(hào)Vsensor的頻率遠(yuǎn)低于所有共模濾波器的噪聲截止頻率(即fC≥100*fsensor)，并且RS1=RS2，則轉(zhuǎn)換為差動(dòng)噪聲信號(hào)(eIN)并成為VIN組成部分的共模噪聲信號(hào)(eN)大小為：
方程式4進(jìn)一步表明，通過向INA333注入一個(gè)100mVpp、100kHz共模誤差信號(hào)，且1.6kHz濾波器截止頻率RC不匹配為10%時(shí)，其所產(chǎn)生的誤差如下：
圖4 共模濾波器RC不匹配引起的INA333輸出誤差仿真(增益為101)
