減少電路板(簡稱PCB)設(shè)計(jì)上的電磁干擾(EMI)是一項(xiàng)重要任務(wù)，其中一個最佳方法就是充分利用運(yùn)算放大器。然而，在許多情況下，這個方法卻被忽視了。這可能是因?yàn)槿藗兤毡檎J(rèn)為運(yùn)算放大器容易受到EMI影響，因此需要額外的保護(hù)措施來提高其抗干擾性。然而，現(xiàn)代的運(yùn)算放大器具有更好的EMI免疫性能，這一事實(shí)往往被忽視。此外，設(shè)計(jì)師們也可能沒有意識到，運(yùn)算放大器可以在減少系統(tǒng)和PCB設(shè)計(jì)中的噪音方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。本文將探討EMI的來源，并討論使用運(yùn)算放大器來減少敏感PCB設(shè)計(jì)中近場EMI的一些特性。

一、EMI的來源、受影響電路和耦合機(jī)制

電磁干擾(EMI)通常是由無意產(chǎn)生的電噪聲源引起的干擾，這種干擾可能以不可預(yù)測的方式影響次級電路。這些干擾信號通常表現(xiàn)為電壓、電流或電磁輻射的形式，或者是這些形式的組合，通過四種可能的耦合機(jī)制之一或多種機(jī)制將噪聲傳播到受影響的電路中。

值得注意的是，EMI并不僅限于射頻干擾(RFI)。低于射頻的頻段中也存在強(qiáng)大的EMI源，比如開關(guān)穩(wěn)壓器、LED電路和工作在幾十到幾百千赫范圍內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動器。另一個例子是60Hz線電路噪聲。這些噪聲源通過四種可能的耦合機(jī)制之一或多種機(jī)制將噪聲傳播到受擾電路。其中三種是近場耦合，包括傳導(dǎo)耦合、電場耦合和磁場耦合，而第四種機(jī)制是遠(yuǎn)場輻射耦合，其中電磁能在多個波長上輻射。

二、有源濾波器對差模噪聲的處理

有源運(yùn)算放大器濾波器可以在電路帶寬內(nèi)顯著降低PCB上的EMI和噪聲。然而，在許多設(shè)計(jì)中，這些濾波器并沒有被充分利用。通過頻帶限制，期望的差分信號可以得到保留，而不需要的差模噪聲則可以被濾除。圖1展示了差模噪聲通過寄生電容耦合到輸入信號中的情況。差分運(yùn)算放大器電路通過一階有源低通濾波器接收組合信號和噪聲。為了實(shí)現(xiàn)所需的信號帶寬，差分運(yùn)算放大器電路的低通截止頻率被設(shè)置為略高于由R2和C1確定的頻率。

三、提高對RFI和其他高頻EMI的抗擾度

除了有源濾波器外，對于高于預(yù)期工作頻率范圍的射頻干擾(RFI)，運(yùn)算放大器的免疫性也是至關(guān)重要的。由于其高阻抗差分輸入級，運(yùn)算放大器對RFI的影響最大，因?yàn)镈M和CM RFI噪聲可通過內(nèi)部二極管整流。為了提高運(yùn)算放大器對RFI的抵抗力，可以采取兩種方法之一。第一種方法是使用EMI硬化的運(yùn)算放大器，它包括內(nèi)部輸入濾波器，可以抑制數(shù)十MHz至千MHz范圍內(nèi)的噪聲。第二種方法是在運(yùn)算放大器的輸入端添加外部EMI/RFI濾波器。

此外，運(yùn)算放大器的低輸出阻抗也有助于降低干擾。對于具有高源阻抗的電路，通過最小化與電路負(fù)載相關(guān)的源阻抗來降低耦合噪聲是一種有效的方法。使用運(yùn)算放大器可以緩沖信號并將源阻抗與負(fù)載隔離開來，從而降低時鐘噪聲的影響。