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差分比例運放浮地測量及共模電壓計算

這個問題是之前小名同學問我的(感謝小名同學),問題描述如下:

GND_MCU是單片機側的GND,VIN_BUCK-是BUCK電源側的功率地。3.3V和GND_MCU由B1205隔離之后由3.3V的LDO產生。問這樣采集BUCK輸出電壓有沒有問題?能否正常采集?

這個問題精簡下來,大致就是差分比例運放作為浮地測量能不能行?共模電壓如何計算?

我當時給出的回答是不能采集(因為我原來沒有想明白),模法師(群里的另外一位大佬)說是沒問題的,也給出了相應的看法:他說差分不需要共地,這種屬于浮地測量,需要注意這個電路的共模電壓輸入范圍,以及對共模抑制能力有一定的要求。昨天我在想另外一個問題的時候,突然又回想到這個事情,我想模法師說的是正確的,。

接下來我們就對這個電路進行分析吧。我們平常使用的是常規用法,即運放與被測量的電壓屬于共地關系。在這種測量方式下,輸出就是常規的差分比例放大公式,并且Vcm也是很容易就求得,計算公式如下圖所示:

然后是本次討論的這種浮地測量的計算,這個與上圖其實是略有不同的,不過最終輸出結果是完全一致的,不同就在與其Vcm共模輸入電壓不同,我們可以看到輸出電壓是完全一致的3.06V,然而共模輸入電壓是不同的,上面是2.91V,然而浮地之后變成了1.53V:

那么這個1.53V的共模電壓Vcm是如何計算的呢?我們首先需要分析一下這個電流路徑(如下圖的藍色所示),然后再做計算:

通過虛短,我們可以知道如下表達式:

然后由于虛斷,加上電流路徑分析,基爾霍夫電壓定理,我們可以知道如下的式子:

然后我們通過方程式的聯立,可以求得回路電流I以及輸出電壓:

這個與我們的仿真數值也是一樣的:

由此我們就可以計算出Vcm以及Vout。就可以更好的判斷Vcm是否在共模輸入電壓范圍內。

那么關于這個電路有沒有什么弊端呢(隔離了但是沒有完全隔離)?這種浮地測量還需要注意什么呢?歡迎評論區留言討論。

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  • dy-UFtbVBfQ 3天前
    共模輸入電壓主要運放嗎
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