EMI濾波減少模擬應(yīng)用誤差 - 全文

　　EMI是如何造成較大的直流偏差呢?可能是以下一種情形：根據(jù)設(shè)計(jì)，很多儀表放大器可以在最高數(shù)十千赫的頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出極佳的共模抑制性能。但是，非屏蔽的放大器接觸到數(shù)十或數(shù)百"兆赫"的RF輻射時(shí)，就可能會(huì)出現(xiàn)問題。此時(shí)放大器的輸入級(jí)可能會(huì)出現(xiàn)非對(duì)稱整流，從而產(chǎn)生直流失調(diào)，進(jìn)一步放大后，會(huì)非常明顯，再加上放大器的增益，甚至達(dá)到其輸出或部分外部電路的上限。

　　關(guān)于高頻信號(hào)如何影響模擬器件的示例

　　本例將詳細(xì)介紹一種典型的高端電流檢測(cè)應(yīng)用。圖1所示為汽車應(yīng)用環(huán)境中用于監(jiān)控電磁閥或其它感性負(fù)載的常見配置。

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　　圖1. 高端電流監(jiān)控

　　我們采用兩個(gè)具有類似設(shè)計(jì)的電流檢測(cè)放大器配置，研究了高頻干擾的影響。這兩個(gè)器件的功能和引腳排列完全相同;不過，其中一個(gè)內(nèi)置EMI濾波器電路，而另一個(gè)則沒有。

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　　圖2. 電流傳感器輸出 (無內(nèi)置EMI濾波器，前向功率 = 12 dBm, 100 mV/分頻，3 MHz時(shí)直流輸出達(dá)到峰值)

　　圖2所示為輸入在較寬頻率范圍內(nèi)變化時(shí)電流傳感器的直流輸出與其理想值的偏差情況。從圖中可以看出，在1 MHz至20 MHz的頻率范圍內(nèi)，偏差最為顯著(>0.1 V)，且3 MHz時(shí)直流誤差達(dá)到最大值(1 V)，這在放大器0 V至5 V的輸出電壓范圍中占據(jù)很大比例。

　　圖3所示為采用另一種引腳兼容電流傳感器時(shí)相同實(shí)驗(yàn)和配置的測(cè)試結(jié)果，其中電流傳感器具有與之前示例相同的電路架構(gòu)和類似的直流規(guī)格，但是內(nèi)置輸入EMI濾波電路。注意，電壓范圍擴(kuò)大了20倍。

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　　圖3. 電流傳感器輸出 (內(nèi)置EMI濾波器，前向功率 = 12 dBm, 5 mV/分頻，>100 MHz時(shí)直流輸出達(dá)到峰值)

　　這種情況下，40 MHz時(shí)誤差僅為3 mV左右，且峰值誤差(大于100 MHz時(shí))小于30 mV,性能提高35倍。這點(diǎn)清楚地表明，內(nèi)置EMI濾波電路有助于顯著提高電流傳感器防護(hù)性能，使其免受輸入端存在的高頻信號(hào)影響。在實(shí)際應(yīng)用中，盡管并不清楚EMI的嚴(yán)重程度，但是如果使用內(nèi)置EMI濾波功能的電流傳感器，實(shí)際上控制環(huán)路將會(huì)保持在其容差范圍內(nèi)。

　　這兩種器件都在完全相同的條件下進(jìn)行測(cè)試。唯一不同就是AD8208(參見"附錄")在輸入引腳和電源引腳上都配有內(nèi)部低通RF輸入濾波器。在芯片上增添這樣的部件似乎微不足道，但是由于應(yīng)用通常由PWM進(jìn)行控制，這種情況下電流檢測(cè)放大器必須能夠承受最高45 V的連續(xù)開關(guān)共模電壓。因此，要保持精確的高增益和共模抑制性能，輸入濾波器必須嚴(yán)格匹配。

　　設(shè)計(jì)和測(cè)試時(shí)為何以及如何保證EMI兼容性

　　汽車應(yīng)用對(duì)EMI事件尤其敏感，而在由中央電池、捆 綁線束、各種感性負(fù)載、天線以及與汽車相關(guān)的外部干擾構(gòu)成的嘈雜電氣環(huán)境中，后者卻是無法避免的。由于安全氣囊配置、巡航控制、剎車和懸架等多種關(guān)鍵功能控制都涉及到電子設(shè)備，因此必須保證EMI兼容性，絕不容許因外部干擾而出現(xiàn)誤報(bào)或誤觸發(fā)。早先，EMI兼容性測(cè)試是汽車應(yīng)用中的最后一項(xiàng)測(cè)試。如果出現(xiàn)差錯(cuò)，設(shè)計(jì)人員就必須在倉(cāng)促之間找出解決方案，而這往往涉及到改變電路板布局、額外添加濾波器，甚至是更換器件。

　　這種不確定性極大提高了設(shè)計(jì)成本，并給工程師造成了很多麻煩。一直以來，汽車行業(yè)都在采取切實(shí)措施來改善EMI兼容性。由于設(shè)備必須符合EMI標(biāo)準(zhǔn)，汽車OEM廠商現(xiàn)在要求半導(dǎo)體制造商(如ADI公司)必須在器件級(jí)執(zhí)行EMI測(cè)試，然后才會(huì)考慮采用其生產(chǎn)的器件?，F(xiàn)在，這一流程已經(jīng)普及，所有IC制造商都使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格來測(cè)試器件的EMI兼容性。

　　如欲了解各類型集成電路的標(biāo)準(zhǔn)EMI測(cè)試要求，請(qǐng)向國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)購(gòu)買獲取相關(guān)文檔。通過IEC 62132和IEC 61967等文檔則可以了解EMI和EMC,其中非常詳細(xì)地描述了如何使用業(yè)界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)來測(cè)試特定集成電路。上述各種測(cè)試都是根據(jù)這些指南說明進(jìn)行的。

　　具體而言，這些測(cè)試都采用 "直接功率注入法"完成，這是一種通過電容將RF信號(hào)耦合至特定器件引腳的方法。根據(jù)待測(cè)IC的類型，針對(duì)不同的RF信號(hào)功率水平和頻率范圍，測(cè)試器件的每路輸入。圖4顯示了在特定引腳上執(zhí)行直接功率注入測(cè)試的原理示意圖。

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　　圖4. 直接功率注入

　　這些標(biāo)準(zhǔn)中包含電路配置、布局方法和監(jiān)控技術(shù)方面的大量必要信息，有助于正確理解器件測(cè)試成功與否。更為完整的IEC標(biāo)準(zhǔn)原理圖如圖5所示。

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　　圖5. EMI耐受性測(cè)試原理圖

　　總結(jié)

　　對(duì)于汽車應(yīng)用市場(chǎng)，AD8207,AD8208和AD8209等電流檢測(cè)器件都通過了EMI測(cè)試。鋰離子電池安全監(jiān)控器AD8280 和數(shù)字式可編程傳感器信號(hào)放大器AD8556等新款器件經(jīng)過專門設(shè)計(jì)和測(cè)試，符合EMI相關(guān)要求。