量化射频（RF）干扰对线性电路的影响

longxuekai

典型的精密运算放大（运放）器可以有1MHz的增益带宽积。从理论上讲，用户可能期望千兆赫水平的RF信号衰减到非常低的水平，因为它们远远超出了放大器的带宽范围。然而，实际情况并非如此。事实上，包含在放大器内的静电放电（ESD）二极管、输入结构和其它非线性元件会在放大器的输入端对RF信号进行“整流”。在实际意义上，RF信号被转换成一种直流（DC）偏移电压，这种DC偏移电压添加了放大器输入偏移电压。

用户也许会问：“对于由给定RF信号产生的DC偏移电压，我如何确定其幅度？”其实，放大器对RF干扰的敏感性取决于该放大器所采用的设计和技术。例如，许多现代放大器具有内置的RF滤波器，可尽量减少出现该问题的几率。该滤波器对低增益带宽运放而言是最有效的，因为该滤波器的截止频率可以设置成较低的频率，这能提供更高的RF信号衰减系数。除此之外，一些技术产品具有更强的内在抗RF干扰能力。例如，比起双极型器件，大多数互补金属氧化物半导体（CMOS）器件具有更强的抗RF干扰能力。输入级设计等其它因素也可影响抗RF干扰能力。

考虑到所有这些因素，电路板和系统级设计人员应如何选择放大器呢？答案是：要看电磁干扰抑制比（EMIRR）。该技术指标类似于电源抑制比和共模抑制比，因为它在放大器的输入端将RF干扰的影响转换成DC偏移电压。作为一个例子，图1展示了OPA333的EMIRR曲线。从曲线可注意到，当频率为1000MHz时该运放具有120dB的EMIRR。这是非常高的抑制水平，使得直接把该曲线与其它器件的曲线进行比较成为可能。

图1



使用OPA333时EMIRR IN + 与频率相比较的例子

EMIRR曲线展示了运放被传导的抗RF信号（该信号被应用到非反相输入端）干扰能力的测定值。术语“被传导”是指该RF信号被直接应用到使用阻抗匹配型印刷电路板（PCB）的运放输入端。此外，还对放大器输入端的反射进行了表征和说明。

最后，用数字万用表测量由RF信号产生的DC偏移电压。请注意，在放大器和万用表之间使用了低通滤波器，以防止由穿过放大器的残余RF信号引起的潜在错误。图2展示了用于表征EMIRR的测试电路。

图2



用于表征EMIRR的测试电路

方程式（1）和（2）给出了EMIRR的数学定义。两个方程式互为彼此的重置版本。方程式（1）展示了所用RF信号和偏移电压的改变之间的关系。请注意所用RF信号的平方引起的偏移电压变化。这意味着入射RF信号较小幅度的增加可导致偏移电压的显著增加。还请注意，术语EMIRR的作用是减弱RF信号的影响；换句话说，较大的EMIRR（dB）可使偏移电压的变化大幅度减少。方程式（2）是在表征过程中用来计算EMIRR（dB）的方程形式。



其中

EMIRR（dB） —— 从被传导的RF信号处测定的电磁干扰抑制比（以dB为单位）被应用到非反相放大器的输入端

｜△Vos｜ —— 是测定的偏移电压（由RF干扰引起）变化

VRF_PEAK —— 是应用到放大器非反相输入端的峰值RF干扰

最后，请注意许多其它因素，如PCB布局和屏蔽，也可影响用户系统的抗RF干扰能力。不过，一旦在用户的设计中优化了这些因素，使用具有良好EMIRR的放大器就可实现最佳性能。而且，用户无需进行任何复杂的计算。仅比较不同放大器的EMIRR曲线即可选择最适合用户应用的器件。笔者希望用户能利用EMIRR规范来优化用户系统抗RF信号干扰的能力。

参考文献

《运算放大器的电磁干扰（EMI）抑制比》，作者：Chris Hall和Thomas Kuehl，2011年8月发表于德州仪器（TI）的《应用报告（SBOA128）》
《AN-1698：适合抗EMI能力增强型运算放大器的规范》，作者：Gerrit de Wagt和Arie van Staveren，2010年1月发表于德州仪器（TI）的《应用报告（SNOA497A）》
《OPA333抗EMI性能》，作者：Chris Hall，2012年8月发表于德州仪器（TI）的《技术简介（SBOZ004A）》
《OPA333产品说明书》

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