RF 信號(hào)產(chǎn)生 DC 偏移電壓，如何確定其幅度？

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(hù)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(xiàn)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(hù)也許會(huì)問(wèn)：“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(wèn)題的幾率。該濾波器對(duì)低增益帶寬運(yùn)放而言是有效的，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(lèi)似于電源抑制比和共模抑制比，因?yàn)樗诜糯笃鞯妮斎攵藢?RF 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(xiàn)。從曲線(xiàn)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(xiàn)與其它器件的曲線(xiàn)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(xiàn)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(yǔ)“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(shuō)明。

 

最后，用數(shù)字萬(wàn)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(wàn)用表之間使用了低通濾波器，以防止由穿過(guò)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(yǔ) EMIRR 的作用是減弱 RF 信號(hào)的影響；換句話(huà)說(shuō)，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(guò)程中用來(lái)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(hù)系統(tǒng)的抗 RF 干擾能力。不過(guò)，一旦在用戶(hù)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)佳性能。而且，用戶(hù)無(wú)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(xiàn)即可選擇適合用戶(hù)應(yīng)用的器件。筆者希望用戶(hù)能利用 EMIRR 規(guī)范來(lái)優(yōu)化用戶(hù)系統(tǒng)抗 RF 信號(hào)干擾的能力。
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