传统的运算放大器电路EMI/RFI 解决方案,是使用靠近输入端的低通滤波器 (LPF)防止它们进入运算输入级,如下图。
而精密仪表放大器(INA)或差动放大器由於对直流偏移误差特别敏感,存在共模(CM) EMI/RFI,对 EMI/RFI 的敏感度更高;低功耗运算放大器同样也有类似的问题。而共模扼流圈提供了一个简单的单一组件EMI/RFI 保护,可取代被动 RC 滤波器。然而,选择合适的共模扼流圈至关重要,如下图。
又如下图带有 RC 的传统三运算放大器的 INA在输入端进行EMI/RFI过滤。如果 R5 - C5 的时间常数和R6 - C6 匹配不隹,部分输入Vin 处的共模讯号将转换为仪器上的差模讯号放大器输入。因此,C5 和 C6 必须配对很好,要比C4小很多。而且,R5和R6也一定要配合好。
在这种类型的滤波器,C4必须远大於C5或C6(C4 >> C5 和 C4 >> C6)以抑制杂散CM 转换产生的差分讯号,总滤波器频宽必须至少是输入讯号频宽的 10 倍。
原则上,滤波器组件必须对称安装在具有大面积接地层的 PC 板上并靠近仪表放大器输入端以获得最隹性能。对称放置组件的一种方法是R5 - C5 和 R6 - C6 的放置围绕 C4 对称。
下图是MCP6H04评估板(评估板编号:MCP6H04EV)与其他三个电路进行测试与比较。个人手机被用作EMI的产生讯号源,输入讯号为 10 mV峰对峰值正弦波。手机距离评估板输入端 10 ??米,产生的讯号大约是 850 MHz的GSM讯号。
从下面的四个波形不难看出,内建(EMIRR)97 dB @1.8 GHz的运放具有简单、高效能的EMI/RFI抑制能力,完全不需要设计、调整。
而针对 EMI/ RFI的 PCB设计技巧提示如下:
●一般 EMI 会透过设计时的无意环路产生天线传播。电流大小、EMI频率和环路面积决定了天线的有效性, EMI 感应电流与环路面积成正比,越高的讯号频率会与越大PCB 上相邻导体耦合。因此,相邻导体可以充当天线,包含环路电流的 PCB 走线和接线,并将 EMI/RFI 耦合进或出电路。
●平衡/对称线路和平衡/对称PCB讯号走线可用於帮助防止共模传导或将感应的 EMI 转换为差分讯号。如果沿线的电路表现出EMI 频率下的共模抑制(CMR),共模 EMI 将被消除到一定程度。平衡线由两条相同且分离的导体,彼此之间等距,并且具有一致的介电特性,使得它们的阻抗相同,且EMI的电压/电流相同。
遵守以下准则,可有效消除或减少传导引起的噪音:
1.在低电位时对运算电源线进行去耦频率和高频
2.降低共模阻抗
3.消除共享路径
4.使用低阻抗电容和局部低电感去耦合
5.使用接地层和电源层
6.优化系统设计
在一些微讯号且高共模阻抗噪声的应用中,干扰是很难被抑制的,系统架构可能需要改变。可能的变化包括:
●以差分形式传输讯号
●将讯号放大至更高水准以改善讯号杂讯比(SNR)
●将讯号转换为电流传输
●将讯号直接转换为数位形式
结论:
EMI 是当今的现实问题,它会影响大多数电子设备,包括医疗和航空电子设备装置。现代设备IC常包含 EMI 滤波器,以确保设备在恶劣的 EMI 环境中正常运作。Microchip的运算放大器有越来越多的品项内建有EMIRR的功能而且高达上百dB。
本文说明了EMIRR运算放大器在抑制EMI/RFI干扰方面比其他没有EMIRR运算放大器更简便有效; 也说明了其他没有EMIRR的运算放大器如何使用外部滤波器抑制 EMI、注意事项与可期待的效能。Microchip提供越来越多的内建EMIRR运放,不论是高、中、低带宽的运放,请叁考下图。
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本文作者为:Staff Embedded Solutions Engineer 黄荣田