工程師們幾十年來一直在努力理解神秘的共模電壓 (VCM) 與輸出電壓 (VOUT) 比較圖。盡管 VCM 與 VOUT 形狀經常會因器件及設置配置的不同而不同，但最常見的形狀則如圖 1 所示。

隨著 VCM 接近電源電壓，內部運算放大器的輸入／輸出限制會限制器件的 VOUT 范圍。因此，所應用 VCM 的輸出擺幅通常取決于內部運算放大器拓撲、電源電壓、增益以及參考電壓。

圖 1. INA114 的共模電壓與輸出電壓范圍比較

圖 1 中產品說明書圖表的測試條件是 VS = ±15V，VREF = 0V。

很多應用都需要不同的工作條件，因此需要定制的 VCM 與 VOUT 比較圖。精確的 SPICE 模型和 TINA-TITM 測試電路可生成這些圖表，獲得更進一步的了解。

圖 2 是一個 TINA-TI 測試電路，可生成 INA114 的 VCM 與 VOUT 比較圖。您可在這里下載仿真文件。如果您還沒有安裝 TINA-TI 軟件，可在這里安裝。

圖 2. 用于生成 VCM 與 VOUT 比較圖的 TINA-TI 測試電路

“CM”源可生成一個 1Hz 共模信號，峰至峰幅度等于兩個電源的整個范圍。

“DM”源和兩個非獨立源 VCVS1 與 VCVS2 可生成由該器件放大的差分輸入信號。我將“DM”幅值設定為 600mVpp，以防止輸入明顯超過電源電壓。

為測試該器件的輸出極限，我通過將 R1 設定為 1.02k?，選擇 50V/V 的增益。通過 1 秒瞬態(tài)分析得出了圖 3 中的圖表。

圖 3. VCM 與 VOUT 的瞬態(tài)分析

注意，隨著 VCM 接近電源電壓，VOUT 將接近零。為了使瞬態(tài)分析看起來更像產品說明書曲線，我使用后處理器的 XY 繪圖特性繪制出了輸出電壓 (X) 與共模電壓 (Y) 的比較圖。圖 4 中的圖表表明：在這些測試條件下，仿真圖表與 INA114 產品說明書曲線關系密切。

圖 4. INA114 的 TINA-TI 仿真圖表（左）與產品說明書圖表（右）

通過使用或修改該 TINA-TI 測試平臺，不僅可快速評估 SPICE 模型 VCM 與 VOUT 特性比較的準確性，而且還可仿真改變工作條件的效果，如圖 5 所示。

圖 5. VREF = 7.5V 時，VCM 與 VOUT 的仿真比較圖

因此，下次您對儀表放大器感到困惑時，請務必考慮一下應用的工作條件如何影響器件的VCM 與 VOUT 比較圖。