精密運算:詳析量化射頻幹擾對線性電路的影響
發布時間:2015-09-10 責任編輯:susan
【導讀】一般來說,典型精密運算放大器可以有1MHz的增益帶寬積。從理論上來講,千兆赫水平的RF信號可以衰減到非常低的水平,因為它們遠遠超出了放大器的帶寬範圍。但是,事實並非如此。
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”。實際上,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。
工程師也許會問:“對於由給定RF信號產生的DC偏移電壓,我如何確定其幅度?”其實,放大器對RF幹擾的敏感性取決於該放大器所采用的設計和技術。例如,許多現代放大器具有內置的RF濾波器,可ke盡jin量liang減jian少shao出chu現xian該gai問wen題ti的de幾ji率lv。該gai濾lv波bo器qi對dui低di增zeng益yi帶dai寬kuan運yun放fang而er言yan是shi最zui有you效xiao的de,因yin為wei該gai濾lv波bo器qi的de截jie止zhi頻pin率lv可ke以yi設she置zhi成cheng較jiao低di的de頻pin率lv,這zhe能neng提ti供gong更geng高gao的deRF信號衰減係數。除此之外,一些技術產品具有更強的內在抗RF幹擾能力。例如,比起雙極型器件,大多數互補金屬氧化物半導體(CMOS)器件具有更強的抗RF幹擾能力。輸入級設計等其它因素也可影響抗RF幹擾能力。
考慮到所有這些因素,電路板和係統級設計人員應如何選擇放大器呢?答案是:要看電磁幹擾抑製比(EMIRR)。該技術指標類似於電源抑製比和共模抑製比,因為它在放大器的輸入端將RF幹擾的影響轉換成DC偏移電壓。作為一個例子,圖1展示了OPA333的EMIRR曲線。從曲線可注意到,當頻率為1000MHz時該運放具有120dB的EMIRR。這是非常高的抑製水平,使得直接把該曲線與其它器件的曲線進行比較成為可能。

使用OPA333時EMIRR IN + 與頻率相比較的例子
EMIRR曲線展示了運放被傳導的抗RF信號(該信號被應用到非反相輸入端)幹擾能力的測定值。術語“被傳導”是指該RF信號被直接應用到使用阻抗匹配型印刷電路板(PCB)的運放輸入端。此外,還對放大器輸入端的反射進行了表征和說明。
最後,用數字萬用表測量由RF信號產生的DC偏移電壓。請注意,在放大器和萬用表之間使用了低通濾波器,以防止由穿過放大器的殘餘RF信號引起的潛在錯誤。圖2展示了用於表征EMIRR的測試電路。

用於表征EMIRR的測試電路
方程式(1)和(2)給出了EMIRR的數學定義。兩個方程式互為彼此的重置版本。方程式(1)展示了所用RF信號和偏移電壓的改變之間的關係。請注意所用RF信號的平方引起的偏移電壓變化。這意味著入射RF信號較小幅度的增加可導致偏移電壓的顯著增加。還請注意,術語EMIRR的作用是減弱RF信號的影響;換句話說,較大的EMIRR(dB)可使偏移電壓的變化大幅度減少。方程式(2)是在表征過程中用來計算EMIRR(dB)的方程形式。

其中,EMIRR(dB) —— 從被傳導的RF信號處測定的電磁幹擾抑製比(以dB為單位)被應用到非反相放大器的輸入端
|△Vos| —— 是測定的偏移電壓(由RF幹擾引起)變化
VRF_PEAK —— 是應用到放大器非反相輸入端的峰值RF幹擾
最後,請注意許多其它因素,如PCB布局和屏蔽,也可影響用戶係統的抗RF幹擾能力。不過,一旦在用戶的設計中優化了這些因素,使用具有良好EMIRR的放大器就可實現最佳性能。而且,用戶無需進行任何複雜的計算。僅比較不同放大器的EMIRR曲線即可選擇最適合用戶應用的器件。筆者希望用戶能利用EMIRR規範來優化用戶係統抗RF信號幹擾的能力。
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