如何使用 EMI 強(qiáng)化運(yùn)算放大器來(lái)減少電路誤差

在電磁干擾(EMI) 強(qiáng)化放大器誕生之前，像我們這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師只能實(shí)施自己的濾波方案。其中一些方案奏效了，而另一些則沒(méi)有成功，讓我們頭疼不已。

在本文中，將討論電磁干擾 (EMI)，因?yàn)樗c運(yùn)算放大器(op amps)和其他放大器有關(guān)。我們將檢查 EMI 對(duì)運(yùn)算放大器/放大器、使用運(yùn)算放大器的 EMI 濾波器、運(yùn)算放大器 EMI 抑制比 (EMIRR)、EMI 強(qiáng)化運(yùn)算放大器、最大程度地減少放大器中的 RF EMI 干擾、D 類音頻運(yùn)算放大器中的 EMI 的影響, EMI 損壞運(yùn)算放大器中的雙極晶體管等。

電磁干擾可以以多種方式破壞運(yùn)算放大器的性能。工程師需要首先確定注入類型(傳導(dǎo)、輻射、共模、差模)和耦合點(diǎn)位置。進(jìn)入設(shè)備的一種方法是將電磁干擾耦合到運(yùn)放集成電路(IC)的引腳中。

發(fā)生這種情況時(shí)，運(yùn)算放大器中斷的原因是整流，整流會(huì)改變器件的偏置點(diǎn)。這種電磁干擾對(duì)運(yùn)放的影響最為深遠(yuǎn)，它會(huì)干擾直流分量，從而對(duì)設(shè)備內(nèi)部造成嚴(yán)重破壞。

我們當(dāng)時(shí)可能遇到的許多常見(jiàn)事故之一是在放大器的輸入端插入一個(gè)電容器。這種方法可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的穩(wěn)定性問(wèn)題，并且通常需要某種補(bǔ)償。更多的工作需要你去實(shí)施。

解決方案：

在過(guò)去幾年(至少 3 年)中，TI發(fā)布的每個(gè)放大器都讓客戶高枕無(wú)憂，因?yàn)樗鼈冎肋@些運(yùn)算放大器具有內(nèi)部濾波器，可以拒絕任何類型的無(wú)意射頻注入信號(hào)。

當(dāng)然，并非所有人都以同樣的方式拒絕。抑制取決于相對(duì)于放大器帶寬設(shè)置截止頻率的位置。

為避免引入相位滯后，IC 設(shè)計(jì)人員通常會(huì)選擇比運(yùn)算放大器的單位增益帶寬至少十倍的截止頻率。濾波器的階數(shù)還決定了運(yùn)算放大器提供多少抑制(衰減)。

例如，帶有 10MHz 一階濾波器的 1MHz 運(yùn)算放大器將在 1GHz 時(shí)抑制 40dB。然而，在 100MHz 處截止的 10MHz 器件在 1GHz 時(shí)的抑制只有 20dB。

EMI 錯(cuò)誤會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成嚴(yán)重后果。假設(shè)將 100mV 注入增益為 100 的放大器。假設(shè)我們使用的是沒(méi)有 EMI 濾波器但仍提供 30dB 抑制 (1GHz) 的運(yùn)算放大器。

我們應(yīng)該會(huì)在運(yùn)算放大器的輸出端看到 316mV [(100mV/31.6)*100]。現(xiàn)在讓我們假設(shè)輸出被饋送到具有 5V FSR 的 12 位 ADC。

我們可以計(jì)算導(dǎo)致注入信號(hào) (EMI) 的計(jì)數(shù)損失，如下所示：

5V/(2^12)=1.22mV，現(xiàn)在將運(yùn)算放大器的輸出除以 1.22mV (316mV/1.22mV)，我們確定損失了近 260 個(gè)計(jì)數(shù)。

使用像 OPA172 這樣的運(yùn)算放大器和相同的計(jì)算，我們可以將計(jì)數(shù)損失降低到大約 8。提供 90dB 抑制的 LMV831 將其進(jìn)一步降低到 0.25!

PA172, OPA2172 和 OPA4172 (OPAx172)屬于36V、單電源、低噪聲運(yùn)算放大器系列，該系列放大器能夠在+4.5V(±2.25V)至+36V(±18V)的電源范圍內(nèi)運(yùn)行。這款最新補(bǔ)充的高壓CMOS運(yùn)算放大器與OPAx171和OPAx170搭配，為用戶提供了廣泛的帶寬、噪聲和功率選擇，可以滿足各種應(yīng)用的需要。OPAx172采用微型封裝并且提供低偏移、漂移和靜態(tài)電流。這些器件還提供寬帶寬、快速轉(zhuǎn)換率和高輸出電流驅(qū)動(dòng)能力。單通道、雙通道和四通道版本均具有相同的技術(shù)規(guī)格，可最大程度地提高設(shè)計(jì)靈活性。

與大多數(shù)只在一個(gè)額定電源電壓的運(yùn)算放大器不同,OPAx172系列可在+4.5至+36V的電壓范圍內(nèi)額定運(yùn)行。超過(guò)電源軌的輸入信號(hào)不會(huì)導(dǎo)致相位反向。輸入可在負(fù)電源軌以下100mV以及正電源軌2V之內(nèi)正常運(yùn)行。請(qǐng)注意這些器件可在正電源軌之上100mV的滿軌到軌輸入上運(yùn)行，但是在正電源軌2V之內(nèi)運(yùn)行時(shí)性能會(huì)受到影響。

TI的LMV83x器件是CMOS輸入、低功率運(yùn)算放大器IC，提供低輸入偏置電流、寬溫度范圍?40°C至125°C，以及優(yōu)異的性能，使其成為堅(jiān)固的通用零件。此外，LMV83x經(jīng)過(guò)EMI加固，可將任何干擾降至最低，使其成為EMI敏感應(yīng)用的理想選擇。

單位增益穩(wěn)定的LMV83x具有3.3兆赫的帶寬，而每個(gè)通道僅消耗0.24毫安的電流。這些部件還可維持200 pF電容性負(fù)載的穩(wěn)定性。LMV83x在電源和空間使用方面提供了卓越的性能和經(jīng)濟(jì)性。該系列零件的最大輸入偏移電壓為1 mV，軌對(duì)軌輸出級(jí)和包括接地的輸入共模電壓范圍。在2.7 V至5.5 V的工作范圍內(nèi)，LMV83x提供93 dB的PSRR和91 dB的CMRR。LMV831采用節(jié)省空間的5引腳SC70封裝，LMV832采用8引腳VSSOP封裝，LMV834采用14英寸TSSOP封裝。