在 DC 到低頻傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)應(yīng)用中,，僅依靠?jī)x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)境中提供穩(wěn)健的噪聲抑制,。要想避免多余噪聲信號(hào)的傳播，對(duì)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,。最終,，才能讓內(nèi)部電磁干擾/無(wú)線(xiàn)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）,。
例如，請(qǐng)思考圖 1 所示低通濾波器實(shí)施,。電阻傳感器通過(guò)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(xiàn)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 TINA SPICE 仿真的這一結(jié)果，其將一個(gè) 100 mVpp,、100 kHz 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(wèn)題是現(xiàn)貨電容都有一個(gè) 5% 到 10% 的典型容差，這就是說(shuō)如果每條支線(xiàn)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(guò)向 INA333 注入一個(gè) 100 mVpp,、100 kHz 共模誤差信號(hào)，且1.6 kHz 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）
圖 5 顯示了一種更好且更常見(jiàn)的輸入濾波方法,，其改進(jìn)是在儀表放大器輸入之間添加了一個(gè)差動(dòng)電容 Cdiff。
圖 5 添加差動(dòng)電容 （Cdiff） 提高共模噪聲抑制效果
添加這種電容并沒(méi)有徹底解決問(wèn)題,，因?yàn)楸仨毎凑杖缦聝蓚€(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì) Cdiff 進(jìn)行調(diào)節(jié)：
1,、差動(dòng)截止頻率必須足夠高，以遠(yuǎn)離信號(hào)帶寬,，從而實(shí)現(xiàn)充分的濾波穩(wěn)定,。
2、差動(dòng)截止頻率必須要足夠低,，以將共模噪聲降至可接受水平,，讓儀表放大器 CMRR 能夠?qū)崿F(xiàn)剩余噪聲抑制，最終達(dá)到可以接受的 SNR,。方程式 5 給出了進(jìn)行這種調(diào)節(jié)的一般原則：
圖 6 顯示了 VinP 和 VinN 曲線(xiàn)圖與無(wú) Cdiff 和 Cdiff = F 時(shí)兩種頻率的對(duì)比情況,。請(qǐng)注意，沒(méi)有差動(dòng)電容時(shí),，INA333 的輸出大小有差別,。這種差別被放大至輸出，成為最終降低 SNR 的噪聲,。Cdiff = F 時(shí),，VinP 和 VinN 之間的差最小。
圖 6 Cdiff = 0 和 Cdiff = 1 F 時(shí),，VinP 和 VinN 的曲線(xiàn)圖
圖 7 顯示了 Cdiff = F 時(shí) INA333 輸出的總噪聲性能改善情況。
圖 7 INA333 使用 Cdiff 時(shí)獲得改善的噪聲濾波仿真情況
總之,，安裝于儀表放大器前部的低通濾波器應(yīng)該有一個(gè)差動(dòng)電容,，且其大小至少應(yīng)比共模電容高 10 倍。這樣,，通過(guò)減小 Ccm 不匹配的影響,，讓共模噪聲變?yōu)椴顒?dòng)噪聲，從而極大地提高濾波器的效率,。