【導讀】本ben文wen討tao論lun了le在zai實shi際ji中zhong電dian子zi信xin號hao處chu理li電dian路lu中zhong可ke能neng會hui受shou到dao高gao頻pin電dian磁ci波bo幹gan擾rao的de情qing況kuang。這zhe些xie情qing況kuang在zai普pu通tong的de課ke堂tang中zhong和he教jiao科ke書shu中zhong往wang往wang都dou會hui被bei省sheng略lve掉diao。電dian路lu中zhong所suo增zeng加jia的de那na些xie看kan似si對dui於yu普pu通tong信xin號hao處chu理li無wu關guan的de外wai圍wei電dian阻zu
、電容，卻在保證電路穩定工作起到關鍵的作用。因此，遇到問題雖然造成麻煩，但通過觀察、分析和解決
，會進一步擴大自己的知識麵
，提高解決問題的能力。

簡 介

本ben文wen討tao論lun了le在zai實shi際ji中zhong電dian子zi信xin號hao處chu理li電dian路lu中zhong可ke能neng會hui受shou到dao高gao頻pin電dian磁ci波bo幹gan擾rao的de情qing況kuang。這zhe些xie情qing況kuang在zai普pu通tong的de課ke堂tang中zhong和he教jiao科ke書shu中zhong往wang往wang都dou會hui被bei省sheng略lve掉diao。電dian路lu中zhong所suo增zeng加jia的de那na些xie看kan似si對dui於yu普pu通tong信xin號hao處chu理li無wu關guan的de外wai圍wei電dian阻zu
、電容，卻在保證電路穩定工作起到關鍵的作用。因此
，遇到問題雖然造成麻煩
，但通過觀察
、分析和解決，會進一步擴大自己的知識麵，提高解決問題的能力。

01 問題提出

1.1 問題來源

在8月15日發出的推文中，就公眾號中同學們提出的在製作智能車過程中遇到信號采集的問題（電磁信號中的脈衝
、攝像頭信號的黑屏）進行了評論

，引起了很多同學興趣並在在“留言”中給出了自己的看法。

留言1：我們的車也會跳變，一直沒想到是靜電的原因，真的是由於靜電嗎？

留言2：我的開藍牙後其中一個電感會有尖峰跳變，手摸藍牙就會使得運放尖峰消失。

▲ 圖1.1  具有尖脈衝幹擾的信號

1.2 問題初步分析

對dui於yu電dian磁ci采cai集ji信xin號hao中zhong的de尖jian脈mai衝chong幹gan擾rao，有you同tong學xue提ti出chu這zhe可ke能neng會hui是shi受shou到dao藍lan牙ya模mo塊kuai的de幹gan擾rao。為wei了le便bian於yu設she定ding車che模mo運yun行xing參can數shu
，監jian視shi車che模mo運yun行xing狀zhuang態tai，同tong學xue們men在zai車che模mo中zhong增zeng加jia了le藍lan牙ya，WiFi模塊等用於數據的傳送。這些無線通信模塊使用了2.4GHz左右的ISM頻pin道dao無wu線xian電dian波bo傳chuan遞di數shu據ju。車che模mo上shang的de很hen多duo信xin號hao傳chuan輸shu引yin線xian很hen容rong易yi將jiang高gao頻pin無wu線xian電dian波bo引yin入ru電dian路lu板ban中zhong的de線xian路lu內nei。這zhe些xie高gao頻pin信xin號hao如ru何he造zao成cheng信xin號hao幹gan擾rao，如ru何he防fang製zhi呢ne
？

02 原理介紹

現在電路設計中廣泛使用運算放大器（OPA）進行信號的調理：放大
、濾波、電平變換等。普通的運算放大器的增益隨著信號的頻率增加而下降，通常使用增益帶寬積(Gain Bandwidth Product : GBP)來表征。當信號的頻率達到GBP的時候，運放的增加下降到1。

通常的運放的GBP在1MHz左右，比如：LMV321<1MHz, LF351:4MHz。LM385<0.7MHz。對於工作在2.4GHz的無線通信模塊的電磁波信號，由於這些信號遠遠超過了GBP
，從理論上分析

，即便這些信號進入了電路
，運放也會將它們衰減到很低的電壓水平。

然而，實際情況並非如此。事實上，包含在放大器內的靜電放電（ESD）二極管、輸入結構和其它非線性元件會在放大器的輸入端對RF信號進行“整流”。所以實際效果是RF信號被轉換成一種直流（DC）偏移電壓，這種DC偏移電壓添加了放大器輸入偏移電壓
，進而影響了運算放大器的輸出電壓。

反映運放受到高頻信號影響的參數為EMIRR（電磁幹擾抑製比）。可以通過測量高頻輸入信號的幅值與運放輸出直流信號偏移量來進行計算。

▲ 圖2.1  測量OPAMP 的 EMIRR電路

設計良好的運算放大器可以具有很好的EMIRR能力。下圖顯示了是TI公司的OPA333 的EMIRR曲線，可以看到對於信號頻率為1000MHz的時候，該運放具有120dB的EMIRR，這是非常高的抑製水平

▲ 圖2.2  TI 公司的 OPA333的EMIRR曲線

對於普通的運算放大器就沒有那麼好的EMIRR的性能了。

03 問題分析

如果在小小的車模上安裝有藍牙、WiFi模mo塊kuai進jin行xing數shu據ju傳chuan輸shu，它ta們men發fa射she的de電dian磁ci波bo被bei車che模mo上shang的de各ge種zhong引yin線xian引yin入ru控kong製zhi電dian路lu中zhong。如ru果guo沒mei有you進jin行xing很hen好hao的de輸shu入ru信xin號hao的de濾lv波bo保bao護hu，再zai加jia上shang所suo使shi用yong的de運yun放fang的deEMIRR比較低
，從而就會使得運放輸出信號中的直流分量發生改變。由於藍牙，WiFi模塊都使用數據包
，間歇式發送數據
，所以在線路中的信號中就會出現很多尖脈衝幹擾信號。

了(le)解(jie)到(dao)無(wu)線(xian)射(she)頻(pin)信(xin)號(hao)會(hui)引(yin)起(qi)運(yun)放(fang)輸(shu)出(chu)中(zhong)出(chu)現(xian)幹(gan)擾(rao)
，解(jie)決(jue)的(de)方(fang)法(fa)就(jiu)是(shi)在(zai)那(na)些(xie)具(ju)有(you)很(hen)長(chang)外(wai)部(bu)引(yin)線(xian)的(de)輸(shu)入(ru)端(duan)口(kou)中(zhong)加(jia)入(ru)高(gao)頻(pin)濾(lv)波(bo)電(dian)路(lu)。使(shi)得(de)這(zhe)些(xie)外(wai)部(bu)竄(cuan)入(ru)的(de)高(gao)頻(pin)信(xin)號(hao)在(zai)到(dao)達(da)運(yun)放(fang)管(guan)腳(jiao)之(zhi)前(qian)就(jiu)得(de)到(dao)很(hen)大(da)的(de)衰(shuai)減(jian)。同(tong)時(shi)
，在(zai)運(yun)放(fang)信(xin)號(hao)的(de)電(dian)源(yuan)、地的管腳附近也增加高頻濾波電容，阻止射頻信號從電源端口幹擾芯片。下麵電路就是在AD627數據手冊上給出的參考設計電路部分。

▲ 圖3.1  在運放輸入線路中增加射頻信號濾波電路

04 實驗驗證

4.1 實驗1：藍牙對運放的影響

觀察運放受到藍牙發送模塊的影響

使用LMV358搭建一個放大增加為50的同相放大器。在輸入端增加了一個引線，模擬信號外接引線。在電路板旁邊5厘米處放置一個藍牙模塊
，天線與引線平行。

▲ 圖4.1.1  測試運放收到藍牙模塊的影響

在上述電路中，輸入端口沒有增加任何高頻濾波電路。引線上的高頻信號可以直接到達LMV358 的輸入端口。

在藍牙模塊沒有工作的時候，運放輸出為穩定的電平。當藍牙模塊發送數據的時候
， 在運放輸出中出現了尖峰幹擾脈衝信號。

▲ 圖4.1.2  LMV358 運放輸出的尖峰幹擾信號

如果在測試電路板中，增加有電感和電容組成的濾波電路，在同樣的外部條件下，運放的輸出就不再會有尖峰的幹擾信號了。

4.2 實驗2：測試運放EMIRR

對於三種運放：OP07，LMV321, LM351，按照前麵圖2所示搭建一個同向放大電路。借助於普通的信號源
，給電路輸入0.7~10MHz，峰峰值1V的高頻信號。測量輸出電壓的直流量的變化。

▲ 圖4.2.1  測試EMIRR電路

由於這三種OP的GBP都大於0.7MHz，可以看到，在0.7MH以下，輸出電壓的直流分量基本上不會隨著信號的頻率變化而變化。

當輸入信號的頻率大於1MHz以後，輸出直流量變開始比較大的波動。其中LM358直流工作點下降
，OP07，LMV321則增加。變化的範圍LMV321最小， LM358最大。由於信號源輸出信號頻率有限，所以測試還無法直接達到2.4GHz的頻段。

▲ 圖4.2.2  三種運放在輸入高頻信號下的直流偏移量的改變

shangmiandejieguobiaomingbutongdeyunsuanfangdaqiduiyushepinganraodeyizhinenglixiangchahenda。duiyucunzaishepinxinhaobijiaodadehuanjingzhong
，xuyaokaolvzaidianlushejizhongzengjiagaopinlvbodianluyifangzhidianlushoudaoganrao。

05 討論總結

本ben文wen討tao論lun了le在zai實shi際ji中zhong電dian子zi信xin號hao處chu理li電dian路lu中zhong可ke能neng會hui受shou到dao高gao頻pin電dian磁ci波bo幹gan擾rao的de情qing況kuang。這zhe些xie情qing況kuang在zai普pu通tong的de課ke堂tang中zhong和he教jiao科ke書shu中zhong往wang往wang都dou會hui被bei省sheng略lve掉diao。圖tu4電路中所增加的那些看似對於普通信號處理無關的外圍電阻、電容，卻在保證電路穩定工作起到關鍵的作用。因此
，遇到問題雖然造成麻煩，但通過觀察、分析和解決，會進一步擴大自己的知識麵
，提高解決問題的能力。

5.1 電路設計中放置射頻幹擾

在今後設計電路中，由於可能存在大量的射頻通信模塊（藍牙、WiFi
、手機等）
，除了注意到電路基本功能滿足信號處理要求之外，還需要考慮電路的電磁兼容性（EMC），使得設備在任何條件下都能夠穩定工作。否則就會出現這樣、或者那樣莫名其妙的情況。

由(you)於(yu)是(shi)空(kong)間(jian)電(dian)磁(ci)波(bo)幹(gan)擾(rao)，所(suo)以(yi)幹(gan)擾(rao)的(de)現(xian)象(xiang)會(hui)受(shou)到(dao)很(hen)多(duo)具(ju)體(ti)情(qing)況(kuang)的(de)影(ying)響(xiang)。就(jiu)像(xiang)開(kai)始(shi)同(tong)學(xue)留(liu)言(yan)中(zhong)敘(xu)述(shu)的(de)那(na)樣(yang)，僅(jin)僅(jin)使(shi)用(yong)手(shou)觸(chu)摸(mo)藍(lan)牙(ya)模(mo)塊(kuai)就(jiu)可(ke)能(neng)使(shi)得(de)幹(gan)擾(rao)消(xiao)除(chu)。所(suo)以(yi)，麵(mian)對(dui)問(wen)題(ti)
，不(bu)要(yao)輕(qing)易(yi)的(de)下(xia)結(jie)論(lun)。仔(zai)細(xi)區(qu)分(fen)靜(jing)電(dian)引(yin)起(qi)的(de)幹(gan)擾(rao)、還是射頻信號引起的幹擾，對於最終的問題解決會有很大的幫助。

▲ 圖5.1  APPLE學習方法

（來源：TsinghuaJoking
，作者：卓晴）

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