了解高精度系統(tǒng)所面臨EMI挑戰(zhàn)，DIY一個(gè)雷電檢測(cè)器

最近的一次風(fēng)暴讓我不禁想到我們高精度系統(tǒng)所面臨的 EMI 挑戰(zhàn)。我不知道在實(shí)際中我能不能將 EMI 化弊為利，用于檢測(cè)雷暴中的雷電。

構(gòu)建一款天線

我需要用天線將雷電的輻射 EMI 轉(zhuǎn)換為傳導(dǎo)至我放大器輸入端的信號(hào)。我在 PCB 上構(gòu)建了一個(gè)環(huán)形天線（4.65 平方英寸，8 圈），電感量為 20μH，可使用 12pF 電容器將其調(diào)諧為 10.27MHz。

TI基于 SPICE 的模擬仿真程序 TINA-TI 的仿真可顯示我天線電路的輸出。這里的天線電路使用脈沖電流源 (IGl) 激發(fā)，可代表雷電磁場(chǎng)環(huán)路中感應(yīng)的電流。

圖1

經(jīng)調(diào)諧的天線電路（下方紅色）對(duì)代表雷電的輸入電流脈沖（上方綠色）的響應(yīng)

天線電路可產(chǎn)生一個(gè) 10.27MHZ 的正弦波。這將用作放大器的輸入 EMI 信號(hào)。

放大器電路設(shè)計(jì)
EMI 抑制比 (EMIRR) 可衡量放大器抑制將 EMI 轉(zhuǎn)換為 DC 失調(diào)的能力。設(shè)計(jì)人員通?？蛇x擇支持高 EMIRR 的放大器來(lái)避免 EMI 問(wèn)題。不過(guò)這種情況與我想要的恰恰相反。OPA347 沒(méi)有輸入 EMI 濾波器，在 10MHz 頻率下其 EMI 抑制性能較弱（大約 13.5dB）。有了這些參數(shù)，我認(rèn)為它將構(gòu)建非常優(yōu)異的雷電檢測(cè)器。

SBOA128 應(yīng)用報(bào)告提供的方程式可用來(lái)計(jì)算一個(gè)輸入 EMI 信號(hào)所產(chǎn)生的失調(diào)。例如，我們可計(jì)算 10mV-pk 10MHz 輸入信號(hào)條件下的 OPA347 輸入?yún)⒖际д{(diào)的變化值。

現(xiàn)在，211Μv 可能看似不大，但如果放大器配置為高增益，EMI 可能就會(huì)嚴(yán)重影響輸出電壓。

我使用該拓?fù)鋵?OPA347 的增益配置為 100，如圖 2 所示。（該拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)方程式可點(diǎn)擊這里。）耦合電容器 C2 與直流偏置電阻器 R1 和 R2 可共同構(gòu)成一款高通濾波器來(lái)消除電源干擾。

圖 2：

完整的雷電檢測(cè)器原理圖。

好戲即將開(kāi)始

收到該電路的原型 PCB 后（圖 3），我在我家后院安裝好檢測(cè)器，等雷暴到來(lái)時(shí)監(jiān)測(cè)放大器的輸出。

圖 3

雷電檢測(cè)器原型。該 PCB 包括一個(gè)示波器觸發(fā)器和一個(gè)單觸發(fā)電路，用于釋放相機(jī)快門

圖 4 是放大器在強(qiáng)風(fēng)暴活動(dòng)中的輸出。放大器輸出電壓會(huì)在每次雷擊時(shí)下降。這種變化的幅度與 EMI 強(qiáng)度成正比，強(qiáng)度越大、距離檢測(cè)器越近的閃電會(huì)產(chǎn)生最大的電壓下降。特別強(qiáng)的閃電造成了輸出偏移 728mV（0.189 秒），然后是一系列較弱的放電。

圖 4

在 7 月 27 日風(fēng)暴中取得的樣本數(shù)據(jù)。放大器輸出的驟降表明有閃電放電

將來(lái)我準(zhǔn)備用這款電路板觸發(fā)我的相機(jī)為雷電拍照。EMI 整流對(duì)工程師而言可能是一個(gè)大問(wèn)題，不過(guò)有時(shí)我們可將其化弊為利。

需要 EMIRR 信息嗎？
近年來(lái)我們開(kāi)始在我們的新放大器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中加入 EMIRR 曲線。此外，我們也在為加入該曲線前開(kāi)發(fā)的眾多產(chǎn)品提供報(bào)告。到時(shí)，這些報(bào)告會(huì)出現(xiàn)在產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的產(chǎn)品頁(yè)面上，標(biāo)題為“EMI 抗擾性能”。

圖 5

顯示找到補(bǔ)充性 EMI 抗擾性能報(bào)告所在位置的截屏

如果您考慮使用的放大器沒(méi)有提供這方面的特性，可訪問(wèn)我們的高精度放大器論壇，讓我們?yōu)槟鷾y(cè)試其特性。這里就是我為一位尋求幫助的客戶提供的曲線。

圖6

應(yīng)客戶要求測(cè)量的 OPA347 EMIRR 曲線