量化射頻干擾對(duì)線性電路的影響

典型的精密運(yùn)算放大（運(yùn)放）器可以有1MHz的增益帶寬積。從理論上講，用戶可能期望千兆赫水平的RF信號(hào)衰減到非常低的水平，因?yàn)樗鼈冞h(yuǎn)遠(yuǎn)超出了放大器的帶寬范圍。然而，實(shí)際情況并非如此。事實(shí)上，包含在放大器內(nèi)的靜電放電（ESD）二極管、輸入結(jié)構(gòu)和其它非線性元件會(huì)在放大器的輸入端對(duì)RF信號(hào)進(jìn)行“整流”。在實(shí)際意義上，RF信號(hào)被轉(zhuǎn)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。

用戶也許會(huì)問：“對(duì)于由給定RF信號(hào)產(chǎn)生的DC偏移電壓，我如何確定其幅度？”其實(shí)，放大器對(duì)RF干擾的敏感性取決于該放大器所采用的設(shè)計(jì)和技術(shù)。例如，許多現(xiàn)代放大器具有內(nèi)置的RF濾波器，可盡量減少出現(xiàn)該問題的幾率。該濾波器對(duì)低增益帶寬運(yùn)放而言是最有效的，因?yàn)樵摓V波器的截止頻率可以設(shè)置成較低的頻率，這能提供更高的RF信號(hào)衰減系數(shù)。除此之外，一些技術(shù)產(chǎn)品具有更強(qiáng)的內(nèi)在抗RF干擾能力。例如，比起雙極型器件，大多數(shù)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）器件具有更強(qiáng)的抗RF干擾能力。輸入級(jí)設(shè)計(jì)等其它因素也可影響抗RF干擾能力。

考慮到所有這些因素，電路板和系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)人員應(yīng)如何選擇放大器呢？答案是：要看電磁干擾抑制比（EMIRR）。該技術(shù)指標(biāo)類似于電源抑制比和共模抑制比，因?yàn)樗诜糯笃鞯妮斎攵藢F干擾的影響轉(zhuǎn)換成DC偏移電壓。作為一個(gè)例子，圖1展示了OPA333的EMIRR曲線。從曲線可注意到，當(dāng)頻率為1000MHz時(shí)該運(yùn)放具有120dB的EMIRR。這是非常高的抑制水平，使得直接把該曲線與其它器件的曲線進(jìn)行比較成為可能。

圖1

使用OPA333時(shí)EMIRR IN + 與頻率相比較的例子

EMIRR曲線展示了運(yùn)放被傳導(dǎo)的抗RF信號(hào)（該信號(hào)被應(yīng)用到非反相輸入端）干擾能力的測(cè)定值。術(shù)語“被傳導(dǎo)”是指該RF信號(hào)被直接應(yīng)用到使用阻抗匹配型印刷電路板（PCB）的運(yùn)放輸入端。此外，還對(duì)放大器輸入端的反射進(jìn)行了表征和說明。

最后，用數(shù)字萬用表測(cè)量由RF信號(hào)產(chǎn)生的DC偏移電壓。請(qǐng)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余RF信號(hào)引起的潛在錯(cuò)誤。圖2展示了用于表征EMIRR的測(cè)試電路。

圖2

用于表征EMIRR的測(cè)試電路

方程式（1）和（2）給出了EMIRR的數(shù)學(xué)定義。兩個(gè)方程式互為彼此的重置版本。方程式（1）展示了所用RF信號(hào)和偏移電壓的改變之間的關(guān)系。請(qǐng)注意所用RF信號(hào)的平方引起的偏移電壓變化。這意味著入射RF信號(hào)較小幅度的增加可導(dǎo)致偏移電壓的顯著增加。還請(qǐng)注意，術(shù)語EMIRR的作用是減弱RF信號(hào)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(jì)算EMIRR（dB）的方程形式。

其中

EMIRR（dB） —— 從被傳導(dǎo)的RF信號(hào)處測(cè)定的電磁干擾抑制比（以dB為單位）被應(yīng)用到非反相放大器的輸入端

｜△Vos｜ —— 是測(cè)定的偏移電壓（由RF干擾引起）變化

VRF_PEAK —— 是應(yīng)用到放大器非反相輸入端的峰值RF干擾

最后，請(qǐng)注意許多其它因素，如PCB布局和屏蔽，也可影響用戶系統(tǒng)的抗RF干擾能力。不過，一旦在用戶的設(shè)計(jì)中優(yōu)化了這些因素，使用具有良好EMIRR的放大器就可實(shí)現(xiàn)最佳性能。而且，用戶無需進(jìn)行任何復(fù)雜的計(jì)算。僅比較不同放大器的EMIRR曲線即可選擇最適合用戶應(yīng)用的器件。希望用戶能利用EMIRR規(guī)范來優(yōu)化用戶系統(tǒng)抗RF信號(hào)干擾的能力。

審核編輯：郭婷