差分放大電路在模擬信號處理、傳感器連接和測量電路中至關重要。其共模輸入阻抗決定了電路抵抗干擾的能力，并直接影響共模抑制比（CMRR），從而影響信號的純凈度和穩定性。

一、什么是共模輸入阻抗？

共模輸入阻抗指的是當電路兩個輸入端同時接收相同信號時，輸入端對地的等效阻抗。其大小決定了電路對共模信號的敏感程度：

- 共模輸入阻抗高 → 共模信號影響小，有助于提升CMRR

- 共模輸入阻抗低 → 容易受到共模干擾，影響信號質量

二、計算共模輸入阻抗的方法

計算共模輸入阻抗時，需要結合電路結構、元件參數和工作狀態。具體步驟如下：

1. 確定電路類型

常見的差分放大電路有：

- 雙端輸入電路

- 單端輸入電路

- 差分對結構（長尾對）

不同電路的共模輸入阻抗計算方式有所不同，因此需要首先明確電路拓撲。

2. 建立等效電路

在共模信號作用下，電路可以被簡化成一個等效模型，包括：

- 輸入端阻抗（電阻、電容）

- 放大元件（運放、晶體管）

- 反饋電路

等效模型用于后續數學分析。

3. 計算輸入阻抗

對于MOSFET差分對：

- 共模輸入阻抗 = 1 / (跨導 + 源極電阻)

- 也就是說，跨導大，共模輸入阻抗小；源極電阻大，共模輸入阻抗大。

對于運放差分放大器：

- 共模輸入阻抗 ≈ 輸入電阻 / 2

- 這表明輸入電阻越大，共模輸入阻抗也會越大。

三、影響共模輸入阻抗的因素

1. 電路拓撲

- 有源極/射極電阻的差分對結構 具有較高的共模輸入阻抗，有助于提高CMRR。

- 無源極/射極電阻的MOS/雙極型差分對 由于僅由放大器跨導決定阻抗，通常較低。

2. 元件參數

- 跨導大 → 共模輸入阻抗小

- 電阻大 → 共模輸入阻抗高

- 匹配度高 → CMRR更好

3. 負載和反饋網絡

- 負反饋電路會影響共模輸入阻抗，優化反饋可改善CMRR。

- 負載阻抗變化可能導致共模輸入阻抗偏低。

四、 如何提高共模輸入阻抗？

1. 增加源極/射極電阻：能提升共模輸入阻抗，但可能降低增益。

2. 采用恒流源偏置：改善共模抑制，提高CMRR。

3. 優化電阻匹配：確保兩側電阻一致，減少共模信號影響。

4. 使用高增益放大器：有助于減少共模噪聲干擾。

五、設計與應用中的注意事項

在實際設計和測量過程中，還需要注意：

- 溫度變化會影響阻抗，應考慮溫度補償。

- 外部干擾可能降低共模抑制能力，需要屏蔽與濾波措施。

- 電源穩定性影響共模信號，需使用穩壓電源。

結論

共模輸入阻抗是影響差分放大電路共模抑制性能的重要參數，其計算涉及電路拓撲、元件參數和反饋網絡。通過合理設計和優化，可以提高共模輸入阻抗，從而增強電路的抗干擾能力，提高信號質量。