C давних пор, как минимум со времени возникновения точной электроники, главной головной болью создателей аналоговой техники являются ошибки, возникающие вследствие CMV (синфазное напряжение), так же известные как смещения из-за контура заземления. На самом деле, в этом нет ничего сверхъестественного. Ошибки CMV возникают по простой причине: потенциал опорного напряжения, например земли, частей схемы находящихся в разных местах, например датчиков на шасси и АЦП, обычно различается. Таким образом, при передаче сигнала от разнесенных в пространстве схем, разность CMV присутствует как дополнительный шум и смещение, разрушая полезный сигнал.
Для исключения ошибок синфазного напряжения существует множество способов. Это и решение «в лоб», использующее массивные медные проводники для объединения земляных потенциалов, и полностью дифференциальные улучшители сигнала на основе инструментальных усилителей и гальванические изоляторы. Каждый находит свою область применения в зависимости от степени критичности наличия такой ошибки и количества каналов нуждающихся в коррекции CMV. Одним из наиболее популярных и эффективных методов коррекции ошибок CMV является дифференциальное усиление, при котором используется аналоговое вычитание для удаления CMV компонентов из сигнала. Обратной стороной этого метода является необходимость отдельного усилителя для каждого канала. Схема на рис.1 – разновидность идеи дифференциального усиления, но с использованием двух общих усилителей CMV с простейшими пассивными резистивными цепями во всех восьми мультиплексируемых каналах для обеспечения подавления CMV в большом количестве каналов при минимальном числе используемых компонентов.
Теперь, как это работает. Усилитель A1 усиливает и инвертирует CMV с коэффициентом –10. Затем подается это CMV напряжение на массив пассивных суммирующих цепей – одна цепь на каждый канал. Коэффициент передачи 10 к 1 с двух выводов каждой цепи суммирует входное напряжение и CMV сигналыс –10 V CMV напряжением шума: V=10/11×(VI+VCM) +1/11×(10×VCM)=10/11×VI+10/11×(VCM–VCM)=10/11×VI. VCM ослабляется на коэффициент в основном зависящий от точности совпадения номиналов 20-ти и 2 кОм резисторов. Для 1% резисторов, CMRR (коэффициент ослабления синфазного сигнала) составляет приблизительно 100 к 1 или 40 дБ, для 0,1% резисторов, CMRR составляет 1000 к 1 или 60 дБ.
Аналоговый мультиплексор затем выбирает и подает требуемый входной канал на вход корректирующего усилителя A2. с коэффициентом усиления 11/10. Опциональные 0,1 мкФ фильтрующие конденсаторы обеспечивают низкочастотную фильтрацию шума, и можно выбрать их исходя из требования полосы пропускания используемой аппаратуры. В данной схеме получается приблизительно 180 мкс, или приблизительно 88 Гц, это может быть слишком медленно для одних приложений и слишком быстро для других.
