合适的电源去耦可以将IC电源引脚上的RFI降至最低。放大器输入和输出还需要在器件级进一步探讨。此时,假定系统级EMI/RFI方法已经实现,如紧凑的RFI外形、正确接地的屏蔽层、电源轨滤波等。这些后续步骤可视为电路级EMI/RFI防护。
运算放大器输入
防止输入级整流的最佳方法是采用靠近运算放大器输入的低通滤波器,如图3所示。
图3:用于运算放大器电路的简单EMI/RFI噪声滤波器
在左侧示意图的反相运算放大器中,滤波器电容C位于等值电阻R1-R2之间。由此可以得出简单的转折频率表达式,如图所示。在极低频率或直流情况下,电路的闭环增益为–R3/(R1+R2)。注意,C不能直接连接至运算放大器的反相输入,否则会产生不稳定性。所选的滤波器带宽至少为信号带宽的100倍,以便将信号损失降至最低。
在右侧示意图的同相运算放大器中,电容C可以直接连接至运算放大器输入,阻值为“R”的输入电阻会和反相运算放大器产生相同的转折频率。两种情况下都应采用低电感芯片式电容,如NP0陶瓷电容。电容在任何情况下都不应出现损耗或电压系数问题,因此只能选用上述NP0陶瓷电容或薄膜型电容。
需要注意的是,可以用铁氧体磁珠代替R1,但是,铁氧体磁珠阻抗无法精确控制,一般不超过100Ω(10 MHz至100 MHz时)。因此,需要采用容值较大的电容来衰减低频。
仪表放大器输入
由于存在共模(CM)EMI/RFI,精密仪表放大器对直流失调误差尤为敏感。这和运算放大器中存在的问题很像。而且,和运算放大器相比,采用低功耗仪表放大器时,EMI/RFI灵敏度问题尤为严重。
图4所示为仪表放大器器件级应用正确的通用滤波方法。实际上,该电路中的仪表放大器可以采用各种器件中的任何一种。仪表放大器之前相对复杂的平衡RC滤波器可以处理所有的高频滤波。仪表放大器可以通过其增益设置电阻,针对应用所需的增益进行编程(图中未显示)。
图4:仪表放大器通用共模/差模RC EMI/RFI滤波器
注意,在滤波器中,共模(R1-C1和R2-C2)和差模(DM)信号(R1+R2,以及C3 || 串联的C1-C2)均受到完全平衡的滤波。如果R1-R2和C1-C2匹配不佳,VIN的部分输入共模信号就会转换为仪表放大器输入端的差模信号。因此,C1和C2相互间至少有5%匹配。R1和R2应为1%金属薄膜电阻,以利于匹配。假定从VIN端获得的源阻抗相对R1-R2较低,且能够匹配。在这种滤波器中,所选的C3应远大于C1或C2(C3≥C1、C2),以便抑制由于R1-C1和R2-C2时间常数不匹配引起共模(CM)-差模(DM)转换,从而导致的杂散差分信号。
整体滤波器带宽应至少为输入信号带宽的100倍。实际上,滤波器元件应对称安装在具有大面积接地层的PC电路板上,而且必须靠近仪表放大器输入端,以便实现最佳性能。
图5所示为该滤波器系列,适合各种不同的仪表放大器。RC元件应按照表中要求,根据不同的仪表放大器量身定制。选择这些滤波器元件是为了使低EMI/RFI灵敏度和低噪声增加量达到适度平衡(与无滤波器的相关仪表放大器相比)。
图5:适用于AD620系列、AD623、AD627和其它仪表放大器的灵活共模和差模RC EMI/RFI滤波器