量化射频(RF)干扰对线性电路的影响

2016-08-08 来源:德州仪器作者:Art Kay 我要评论(0) 字号:

典型的精密运算放大(运放)器可以有1MHz的增益带宽积。从理论上讲,用户可能期望千兆赫水平的RF信号衰减到非常低的水平,因为它们远远超出了放大器的带宽范围。然而,实际情况并非如此。事实上,包含在放大器内的静电放电(ESD)二极管、输入结构和其它非线性元件会在放大器的输入端对RF信号进行“整流”。在实际意义上,RF信号被转换成一种直流(DC)偏移电压,这种DC偏移电压添加了放大器输入偏移电压。

用户也许会问:“对于由给定RF信号产生的DC偏移电压,我如何确定其幅度?”其实,放大器对RF干扰的敏感性取决于该放大器所采用的设计和技术。例如,许多现代放大器具有内置的RF滤波器,可尽量减少出现该问题的几率。该滤波器对低增益带宽运放而言是最有效的,因为该滤波器的截止频率可以设置成较低的频率,这能提供更高的RF信号衰减系数。除此之外,一些技术产品具有更强的内在抗RF干扰能力。例如,比起双极型器件,大多数互补金属氧化物半导体(CMOS)器件具有更强的抗RF干扰能力。输入级设计等其它因素也可影响抗RF干扰能力。

考虑到所有这些因素,电路板和系统级设计人员应如何选择放大器呢?答案是:要看电磁干扰抑制比(EMIRR)。该技术指标类似于电源抑制比和共模抑制比,因为它在放大器的输入端将RF干扰的影响转换成DC偏移电压。作为一个例子,图1展示了OPA333的EMIRR曲线。从曲线可注意到,当频率为1000MHz时该运放具有120dB的EMIRR。这是非常高的抑制水平,使得直接把该曲线与其它器件的曲线进行比较成为可能。

量化射频(RF)干扰对线性电路的影响

图1、使用OPA333时EMIRR IN + 与频率相比较的例子

EMIRR曲线展示了运放被传导的抗RF信号(该信号被应用到非反相输入端)干扰能力的测定值。术语“被传导”是指该RF信号被直接应用到使用阻抗匹配型印刷电路板(PCB)的运放输入端。此外,还对放大器输入端的反射进行了表征和说明。

最后,用数字万用表测量由RF信号产生的DC偏移电压。请注意,在放大器和万用表之间使用了低通滤波器,以防止由穿过放大器的残余RF信号引起的潜在错误。图2展示了用于表征EMIRR的测试电路。

量化射频(RF)干扰对线性电路的影响

图2、用于表征EMIRR的测试电路

方程式(1)和(2)给出了EMIRR的数学定义。两个方程式互为彼此的重置版本。方程式(1)展示了所用RF信号和偏移电压的改变之间的关系。请注意所用RF信号的平方引起的偏移电压变化。这意味着入射RF信号较小幅度的增加可导致偏移电压的显著增加。还请注意,术语EMIRR的作用是减弱RF信号的影响;换句话说,较大的EMIRR(dB)可使偏移电压的变化大幅度减少。方程式(2)是在表征过程中用来计算EMIRR(dB)的方程形式。

量化射频(RF)干扰对线性电路的影响

其中

EMIRR(dB) - - 从被传导的RF信号处测定的电磁干扰抑制比(以dB为单位)被应用到非反相放大器的输入端

|△Vos| - - 是测定的偏移电压(由RF干扰引起)变化

VRF_PEAK - - 是应用到放大器非反相输入端的峰值RF干扰

最后,请注意许多其它因素,如PCB布局和屏蔽,也可影响用户系统的抗RF干扰能力。不过,一旦在用户的设计中优化了这些因素,使用具有良好EMIRR的放大器就可实现最佳性能。而且,用户无需进行任何复杂的计算。仅比较不同放大器的EMIRR曲线即可选择最适合用户应用的器件。笔者希望用户能利用EMIRR规范来优化用户系统抗RF信号干扰的能力。

参考文献

1、《运算放大器的电磁干扰(EMI)抑制比》,作者:Chris Hall和Thomas Kuehl,2011年8月发表于德州仪器(TI)的《应用报告(SBOA128)》

2、《AN-1698:适合抗EMI能力增强型运算放大器的规范》,作者:Gerrit de Wagt和Arie van Staveren,2010年1月发表于德州仪器(TI)的《应用报告(SNOA497A)》

3、《OPA333抗EMI性能》,作者:Chris Hall,2012年8月发表于德州仪器(TI)的《技术简介(SBOZ004A)》

4、《OPA333产品说明书》

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