close
当前位置: 物联网在线 > 技术文库 >

使用运算放大器来减少PCB上的近场EMI

减少PCB设计上电磁干扰(EMI)的最佳方法之一就是灵活地使用运算放大器。遗憾的是,在许多应用中,运算放大器的这个作用通常被忽略了。这可能是源于“运放易受EMI的影响,且必须采取额外的措施来增强其对噪声的抗干扰性”这样一种成见。

汽车、工业、医疗和许多其它应用经常会用到一些敏感的模拟电路,这些电路在其工作环境中必须能完成它们的功能,同时还要保持对噪声干扰免疫。许多这些干扰由位于同一印刷电路板(PCB)上附近的“噪声”电路引发,这些噪声会耦合到PCB及其电路上的电缆接口。

减少PCB设计上电磁干扰(EMI)的最佳方法之一就是灵活地使用运算放大器(简称“运放”)。遗憾的是,在许多应用中,运算放大器的这个作用通常被忽略了。这可能是源于“运放易受EMI的影响,且必须采取额外的措施来增强其对噪声的抗干扰性”这样一种成见。尽管许多以前生产的器件确实是这样,但设计师可能没意识到,新近的运放通常具有比前世代更好的EMI免疫性能。设计师也可能不了解,或没考虑运放电路可以为减少其系统和PCB设计中的噪音所提供的关键优势。本文回顾EMI的来源,并讨论了有助于减轻敏感PCB设计上的近场EMI的运放特性。

EMI源、受扰电路和耦合机制

EMI是由无意且常常以不期望的方式冲击二级电路(second electrical circuit)的电噪声源引起的干扰。在所有情况下,干扰噪声信号都是电压、电流、电磁辐射这三者之一,或噪声源以这三种形态的某种组合耦合到受扰电路。

EMI不限于射频干扰(RFI)。 “较低”频率范围内低于射频的频段存在强大的EMI源,如开关稳压器、LED电路和工作在几十到几百千赫范围内的电机驱动器。60Hz线电路噪声是另一个例子。噪声源通过四种可能的耦合机制中的一种,或多种将噪声传递到受扰电路。四种方式中的三种被认为是近场耦合,包括:传导耦合、电场耦合和磁场耦合。第四种机制是远场辐射耦合,其中电磁能在多个波长上辐射。

差模噪声的有源滤波

有源运放滤波器可以在电路带宽内显着降低PCB上的EMI和噪声,但在许多设计中它们未被充分利用。期望的差模(DM)信号可以被频带限制,而不需要的DM噪声被滤除掉。图1显示了通过寄生电容(CP)耦合到输入信号中的DM噪声。组合信号和噪声由一阶有源低通滤波器接收。差分运放电路的低通截止频率被设置为仅高于由R2和C1确定的所需信号带宽。

较高的频率以20dB/decade的幅度衰减。如果需要更大衰减,则可以使用高阶有源滤波器(例如,-40或-60 dB/decade)。

推荐使用

使用运算放大器来减少PCB上的近场EMI

图1:DM和CM输入噪声施加于有源运放滤波器

降低输入共模噪声

图1中,共模(CM)噪声源也在电路输入端产生噪声。CM噪声可被描述为在两个运放输入端是公共(或相同)的噪声电压,并且不是运放试图测量或调节的预期差模信号的一部分。CM噪声可以多种方式发生。一个示例是:一个系统,其中一个电路的接地参考电压与其接口的第二个电路处于不同的电压电位。“接地”电压的差异可以是毫伏级或若干伏水平,并且也可能发生在许多不同的频率。电压的这些差异会导致意外的压降并可能干扰连接电路的电流流动。

具有众多电路的汽车、飞机和大型建筑物通常易受这种类型的干扰。

运放的一个关键优点是它们的差分输入级架构,以及在配置为差分放大器时抑制CM噪声的能力。为每个运放指定了共模抑制比(CMRR),但电路的总CMRR还必须包括输入和反馈电阻的影响。电阻变化强烈影响CMRR。因此,需要容差为0.1%、0.01%或更好的匹配电阻、才能实现应用所需的CMRR。虽然使用外部电阻可以实现良好的性能,但使用具有内部微调电阻的仪器或差分放大器也是一种选择。例如,INA188是具有内部微调电阻和104dB高CMRR的仪表放大器。

在图1中,如果噪声在电路的有效带宽内,则CM噪声(VCM_noise = VCM1 = VCM2)可被运放电路的CMRR所抑制。抑制水平取决于R2 / R1选择的精确匹配电阻。公式1可用于确定CMRRTOTAL,它包括数据手册中规定的电阻容差(RTOL)和运放CMRR的影响。例如,如果运放数据手册给定其CMRR(dB)= 90dB,则(1/CMRRAMP)= 0.00003。在许多电路中,电阻容差成为实现目标CMRRTOTAL的主要限制因素。

方程式1是从参考文献1所描述的理想运放的CMRR等式中导出,其中CMRRAMP项被假定为非常大(无穷大)。对于理想运放,(1/CMRRAMP)项为零,CMRRTOTAL仅由电阻和AV确定。CMRRTOTAL可以使用公式2转换为dB。

使用运算放大器来减少PCB上的近场EMI

其中AV =运放的闭环增益,RTOL = R1和R2的容差%(例如,0.1%,0.01%,0.001%),CMRRAMP =数据表规范中以十进制格式表示的CMRR(不是dB)。

提高对RFI和其它高频EMI的抗扰度


(责任编辑:ioter)

用户喜欢...

在 Airbnb 使用机器学习预测房源的价格

作者:Robert Chang 位于希腊爱琴海伊莫洛维里的一个 Airbnb 民宿的美好风景 简介 数据产品一直是 Airbnb 服务的重要组成...


如何使用可编程逻辑为按钮输入消抖

可编程逻辑具有传统分立 IC 无法提供的灵活性。 借助现成的开发工具,可轻松使用现场可编程门阵列和复杂可编程逻辑器件创建应用特定型功能。 按钮开关输入消抖便是此类功能的一个例子...


使用 LoRa 进行低速率、长距离物联网应用开发

设计人员可以使用各种各样的无线技术将产品连接到物联网 (IoT)。每种技术适用于不同的应用,需要设计人员仔细考虑作用距离和数据速率、成本、功耗、体积和外形等因素。 本文将介绍 LoR...


这款智能手表心率检测超强 可当做心电图机使用

Cronovo智能手表特别强调心率追踪功能,它安装了Android系统,可以成为个人健身教练,拥有先进的感知追踪系统。Cr...


强大和紧凑的电机驱动/放大器适用于 FIRST 机器人竞赛

DigilentDMC 60 是功能强大、紧凑的电机驱动/放大器,设计用于机器人、电动汽车或任何需要简单双向控制 DC 有刷电机的应用。DMC 60 可使用标准业余爱好者伺服 PWM 信号控制,这些信号可由 RC 控...


DC-15 GHz MAAM-011206 宽带达林顿放大器

MACOM 适合各种各样应用的 MAAM-011206 达林顿放大器 MACOM的 MAAM-011206 是多功能、DC-15 GHz、达林顿放大器,典型增益为 13.5 dB,输出功率为 18 dBm。该放大器采用无引线 1.5 mm x 1.2 mm 塑料 SMT 封装,兼...


Quora是如何使用机器学习的?

作者:Nikhil Dandekar 2015年,公司的工程副总裁Xavier Amatriain,关于如何在Quora上使用机器学习给了一个很好的答案。从那...


机器学习算法的基本知识(使用Python和R代码)

本篇文章是原文的译文,然后自己对其中做了一些修改和添加内容(随机森林和降维算法)。文章简洁地介绍了机器学习的主要算法和一些伪代码,对于初学者有很大帮助,是一篇不错的总结...


如何使用TensorFlow构建、训练和改进循环神经网络

作者:机器之心编译 来自 Silicon Valley Data Science 公司的研究人员为我们展示了循环神经网络(RNN)探索时间序列和开发语...


使用TENSORFLOW训练循环神经网络语言模型

读了将近一个下午的TensorFlow Recurrent Neural Network教程,翻看其在PTB上的实现,感觉晦涩难懂,因此参考了部分代码,自...