如何使用 EMI 强化运算放大器来减少电路误差

在电磁干扰(EMI) 强化放大器诞生之前，像我们这样的系统设计师只能实施自己的滤波方案。其中一些方案奏效了，而另一些则没有成功，让我们头疼不已。

在本文中，将讨论电磁干扰 (EMI)，因为它与运算放大器(op amps)和其他放大器有关。我们将检查 EMI 对运算放大器/放大器、使用运算放大器的 EMI 滤波器、运算放大器 EMI 抑制比 (EMIRR)、EMI 强化运算放大器、最大程度地减少放大器中的 RF EMI 干扰、D 类音频运算放大器中的 EMI 的影响, EMI 损坏运算放大器中的双极晶体管等。

电磁干扰可以以多种方式破坏运算放大器的性能。工程师需要首先确定注入类型(传导、辐射、共模、差模)和耦合点位置。进入设备的一种方法是将电磁干扰耦合到运放集成电路(IC)的引脚中。

发生这种情况时，运算放大器中断的原因是整流，整流会改变器件的偏置点。这种电磁干扰对运放的影响最为深远，它会干扰直流分量，从而对设备内部造成严重破坏。

我们当时可能遇到的许多常见事故之一是在放大器的输入端插入一个电容器。这种方法可能会导致严重的稳定性问题，并且通常需要某种补偿。更多的工作需要你去实施。

解决方案：

在过去几年(至少 3 年)中，TI发布的每个放大器都让客户高枕无忧，因为它们知道这些运算放大器具有内部滤波器，可以拒绝任何类型的无意射频注入信号。

当然，并非所有人都以同样的方式拒绝。抑制取决于相对于放大器带宽设置截止频率的位置。

为避免引入相位滞后，IC 设计人员通常会选择比运算放大器的单位增益带宽至少十倍的截止频率。滤波器的阶数还决定了运算放大器提供多少抑制(衰减)。

例如，带有 10MHz 一阶滤波器的 1MHz 运算放大器将在 1GHz 时抑制 40dB。然而，在 100MHz 处截止的 10MHz 器件在 1GHz 时的抑制只有 20dB。

EMI 错误会对系统造成严重后果。假设将 100mV 注入增益为 100 的放大器。假设我们使用的是没有 EMI 滤波器但仍提供 30dB 抑制 (1GHz) 的运算放大器。

我们应该会在运算放大器的输出端看到 316mV [(100mV/31.6)*100]。现在让我们假设输出被馈送到具有 5V FSR 的 12 位 ADC。

我们可以计算导致注入信号 (EMI) 的计数损失，如下所示：

5V/(2^12)=1.22mV，现在将运算放大器的输出除以 1.22mV (316mV/1.22mV)，我们确定损失了近 260 个计数。

使用像 OPA172 这样的运算放大器和相同的计算，我们可以将计数损失降低到大约 8。提供 90dB 抑制的 LMV831 将其进一步降低到 0.25!

PA172, OPA2172 和 OPA4172 (OPAx172)属于36V、单电源、低噪声运算放大器系列，该系列放大器能够在+4.5V(±2.25V)至+36V(±18V)的电源范围内运行。这款最新补充的高压CMOS运算放大器与OPAx171和OPAx170搭配，为用户提供了广泛的带宽、噪声和功率选择，可以满足各种应用的需要。OPAx172采用微型封装并且提供低偏移、漂移和静态电流。这些器件还提供宽带宽、快速转换率和高输出电流驱动能力。单通道、双通道和四通道版本均具有相同的技术规格，可最大程度地提高设计灵活性。

与大多数只在一个额定电源电压的运算放大器不同,OPAx172系列可在+4.5至+36V的电压范围内额定运行。超过电源轨的输入信号不会导致相位反向。输入可在负电源轨以下100mV以及正电源轨2V之内正常运行。请注意这些器件可在正电源轨之上100mV的满轨到轨输入上运行，但是在正电源轨2V之内运行时性能会受到影响。

TI的LMV83x器件是CMOS输入、低功率运算放大器IC，提供低输入偏置电流、宽温度范围−40°C至125°C，以及优异的性能，使其成为坚固的通用零件。此外，LMV83x经过EMI加固，可将任何干扰降至最低，使其成为EMI敏感应用的理想选择。

单位增益稳定的LMV83x具有3.3兆赫的带宽，而每个通道仅消耗0.24毫安的电流。这些部件还可维持200 pF电容性负载的稳定性。LMV83x在电源和空间使用方面提供了卓越的性能和经济性。该系列零件的最大输入偏移电压为1 mV，轨对轨输出级和包括接地的输入共模电压范围。在2.7 V至5.5 V的工作范围内，LMV83x提供93 dB的PSRR和91 dB的CMRR。LMV831采用节省空间的5引脚SC70封装，LMV832采用8引脚VSSOP封装，LMV834采用14英寸TSSOP封装。