使用EMIRR规范检查放大器以应对EMI问题

随着技术的进步，EMI 对电路正常运行构成越来越大的威胁。这是因为电子应用正转向各种无线通信或者便携式平台。因此大多数干扰 EMI 信号最终都以传导 EMI 的形式进入到 PCB 线迹（trace）中。
 
当您努力想要设计出一种抗 EMI 电路时，您会发现，模拟传感器电路往往会成为巨大的 EMI 吸收器。这是因为，传感器电路常常产生低电平信号，并且有许多高阻抗模拟端口。另外，这些电路使用更加紧凑的组件间隔，其让系统更容易截获和传导噪声干扰，从而进入到线迹中。
 
在这种 EMI 情况下，运算放大器 (op amp) 便会成为一个主要目标。我们在本系列文章的第1部分“EMI 如何通过介质干扰电路”看到了这种效应。(文章详情请见TI官网：http://www.ti.com.cn/general/cn/docs/gencontent.tsp?contentId=152156  )，此文中图 1 所示 EMI 信号引起 1.5 伏的偏移电压误差！
 
一个标准的运算放大器有 3 个低阻抗引脚（正功率、负功率和输出）以及 2 个高阻抗输入引脚（请参见图 1a）。尽管这些引脚可以抵抗 EMI 影响，但是输入引脚最为脆弱。
 

 
图 1 EMIRR 与 EMIRR IN+ 测定方法比较
EMIRR 电磁干扰抑制比
 
电压反馈放大器的反相和非反相引脚的特性基本相同。但是，非反相输入（请参见图 1b）的放大器 EMI 耐受度测试最为简单。

方程式 1
 
方程式 1 中，VRF_PEAK 为所用 RF 电压的峰值，VOS 为放大器的 DC 偏移电压，而 100 mVP 为 100 mVP 输入信号 EMIRR IN+ 参考。
 
您可以利用 EMIRR 衡量标准，比较放大器的 EMI 抑制性能。图 2 显示了　TI OPA333 CMOS 运算放大器的 EMIRR IN+ 响应。该图表明，这种器件可以较好地抑制器件300 kHz带宽以上的频率信号。
 

 
图 2 OPA333、EMRR IN+ 与频率的关系
 
相比外部 RC 滤波器，集成电路内部 EMI 滤波器拥有三个方面的好处。潜在用户可以对包含集成滤波器的放大器的性能进行测试，以保证其在较宽频率范围的 EMI 抑制性能(2)。无源滤波器组件在寄生电容和电感方面并不理想，其限制了滤波器抑制甚高频噪声的能力。与之形成对比的是，集成电路与片上无源组件的电气特性十分匹配。最后，使用内部滤波器的集成电路还可以给客户带来其它一些好处，例如：组件数目更少、成本更低和电路板面积更小等。
 
为了降低电路的 EMI 敏感度，电路板设计人员应始终注意使用良好的布局方法。可以通过让线迹长度尽可能的短，使用表面贴装组件，以及使用具有专用信号回路接地层的印制电路板 (PCB)，来实现上述目标。尽可能地保持接地层完整，并让数字信号远离模拟信号通路。另外，将射频旁路电容器放置在所有集成电路电源引脚上。让这些电容器靠近器件引脚，并确保在潜在 EMI 频率下其阻抗尽可能地接近 0 欧姆。