在低电压环境下设计高共模抑制比（CMRR）的仪表放大器是一个挑战，主要因为现代电池电压通常在3到3.6伏特之间，这要求电路元件必须能在低电压下高效工作。共模抑制比是衡量放大器抑制共模信号（共存在两个输入端的信号，如干扰信号）的能力，它直接影响着放大器对差模信号（有用信号）的放大质量。高共模抑制比可以确保电路对噪声的抵抗能力更强，从而提高信号的准确度和可靠性。
本文提出的设计是一种交流耦合仪表放大器。它不仅在低电压下可以工作，还能保证很高的CMRR以及宽范围的直流输入电压容限和一阶高通特性。高通特性意味着放大器能够滤除低频信号，保留高频信号，这对于信号预处理非常重要。
电路的设计利用了多个运算放大器级联的方式，分为输入级和第二级。输入级由运算放大器A1、A2、A3和A4组成。A1和A2是主要的增益级，同时因为它们的输入端电位相同，可以保证输入电压被均匀分配到电阻R3。同时，A3和A4这两个缓冲器可以将R3的电流放大1+R3/R2倍。这样的设计不仅简化了电路，还能提高信号的增益和CMRR。
电容器C的作用是交流去耦，也就是说，它能在A3和A4输出端滤除输入直流分量，同时允许交流信号通过。第二级是一个增益为1的加法器—减法器级，它能够实现特定的增益公式，从而进一步确保信号的准确放大。此外，也可以通过差动通道模拟-数字转换器（ADC）来数字化处理信号，将信号传输给微处理器进一步处理。
在设计仪表放大器时，运算放大器的输入失调电压是一个重要参数。失调电压是指运算放大器在无输入时输出的电压偏差。由于A1和A2的失调电压不会引入信号误差（它们只增加直流分量，而电容器C滤除了这些直流分量），因此在选择运算放大器时，特别是A3和A4，应选择失调电压低的型号。
整个放大器的设计特点包括：
1. 第一级通过提供总增益来确保高共模抑制比，即使第二级使用普通精度的电阻器也能保证。
2. 输入级不需要额外的输入缓冲器，因为电路设计已经确保了信号的精确传递和放大。
3. 使用具有普通参数值和容限的无源元件（电阻和电容），简化了设计过程，减少了元件选型的复杂性。
4. 该设计在3V电源下仍能有高达2V的差动输入信号范围，这对于电池供电的便携式设备而言是极其重要的。
5. 整个放大器的功耗极低，约为120μA电流和0.4mW功率，这保证了长时间电池供电的可行性。
在实际应用中，设计者可以通过选用合适的运算放大器和精确计算电阻值、电容值来实现设计要求。设计时还应确保电路的稳定性，即放大器不应因为增益过高而产生自激振荡。
本文提出的这种交流耦合仪表放大器不仅能够在低电压下提供高共模抑制比，还具备直流输入电压容限宽、一阶高通特性、低功耗和结构简单等优点，是现代电子设计领域里一个值得研究和推广的电路设计案例。
