然ran後hou
，設she計ji人ren員yuan根gen據ju上shang述shu特te性xing，選xuan擇ze符fu合he總zong誤wu差cha預yu算suan要yao求qiu的de前qian端duan模mo擬ni器qi件jian。不bu過guo，此ci類lei應ying用yong中zhong存cun在zai一yi個ge經jing常chang被bei忽hu視shi的de問wen題ti，即ji外wai部bu信xin號hao導dao致zhi的de高gao頻pin幹gan擾rao
，也ye就jiu是shi通tong常chang所suo說shuo的de“電磁幹擾(EMI)”。EMIkeyitongguoduozhongfangshifasheng，zhuyaoshouzuizhongyingyongyingxiang。liru


，yuzhiliudianjijiekoudekongzhibanzhongkenenghuiyongdaoyibiaofangdaqi，erdianjidedianliuhuanlubaohandianyuanyinxian、電刷
、換向器和線圈，通常就像天線一樣可以發射高頻信號，因而可能會幹擾儀表放大器輸入端的微小電壓。

 

另(ling)一(yi)個(ge)例(li)子(zi)是(shi)汽(qi)車(che)電(dian)磁(ci)閥(fa)控(kong)製(zhi)中(zhong)的(de)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)。電(dian)磁(ci)閥(fa)由(you)車(che)輛(liang)電(dian)池(chi)通(tong)過(guo)長(chang)導(dao)線(xian)來(lai)供(gong)電(dian)，這(zhe)些(xie)導(dao)線(xian)就(jiu)像(xiang)天(tian)線(xian)一(yi)樣(yang)。該(gai)導(dao)線(xian)路(lu)徑(jing)中(zhong)連(lian)接(jie)著(zhe)一(yi)個(ge)串(chuan)聯(lian)分(fen)流(liu)電(dian)阻(zu)
，然(ran)後(hou)通(tong)過(guo)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)放(fang)大(da)器(qi)來(lai)測(ce)量(liang)該(gai)電(dian)阻(zu)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)。該(gai)線(xian)路(lu)中(zhong)可(ke)能(neng)存(cun)在(zai)高(gao)頻(pin)共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)
，而(er)該(gai)放(fang)大(da)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)端(duan)容(rong)易(yi)受(shou)到(dao)這(zhe)類(lei)外(wai)部(bu)信(xin)號(hao)的(de)影(ying)響(xiang)。一(yi)旦(dan)受(shou)到(dao)外(wai)部(bu)高(gao)頻(pin)幹(gan)擾(rao)影(ying)響(xiang)
，就(jiu)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)模(mo)擬(ni)器(qi)件(jian)的(de)精(jing)度(du)下(xia)降(jiang)
，甚(shen)至(zhi)可(ke)能(neng)無(wu)法(fa)控(kong)製(zhi)電(dian)磁(ci)閥(fa)電(dian)路(lu)。這(zhe)種(zhong)狀(zhuang)態(tai)在(zai)放(fang)大(da)器(qi)中(zhong)的(de)表(biao)現(xian)就(jiu)是(shi)放(fang)大(da)器(qi)輸(shu)出(chu)精(jing)度(du)超(chao)過(guo)誤(wu)差(cha)預(yu)算(suan)和(he)數(shu)據(ju)手(shou)冊(ce)中(zhong)的(de)容(rong)差(cha)，甚(shen)至(zhi)在(zai)某(mou)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)可(ke)能(neng)會(hui)達(da)到(dao)限(xian)值(zhi)


，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)關(guan)斷(duan)。

 

EMI是如何造成較大的直流偏差呢？可能是以下一種情形：根據設計，很多儀表放大器可以在最高數十千赫的頻率範圍內表現出極佳的共模抑製性能。但是，非屏蔽的放大器接觸到數十或數百“兆赫”的RF輻fu射she時shi
，就jiu可ke能neng會hui出chu現xian問wen題ti。此ci時shi放fang大da器qi的de輸shu入ru級ji可ke能neng會hui出chu現xian非fei對dui稱cheng整zheng流liu，從cong而er產chan生sheng直zhi流liu失shi調tiao
，進jin一yi步bu放fang大da後hou
，會hui非fei常chang明ming顯xian
，再zai加jia上shang放fang大da器qi的de增zeng益yi，甚shen至zhi達da到dao其qi輸shu出chu或huo部bu分fen外wai部bu電dian路lu的de上shang限xian。

 

 

本例將詳細介紹一種典型的高端電流檢測應用。圖1所示為汽車應用環境中用於監控電磁閥或其它感性負載的常見配置。

 

 

圖1. 高端電流監控
 

我們采用兩個具有類似設計的電流檢測放大器配置，研究了高頻幹擾的影響。這兩個器件的功能和引腳排列完全相同；不過，其中一個內置EMI濾波器電路，而另一個則沒有。

 

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

圖2所示為輸入在較寬頻率範圍內變化時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的頻率範圍內，偏差最為顯著(>0.1 V)
，且3 MHz時直流誤差達到最大值(1 V)，這在放大器0 V至5 V的輸出電壓範圍中占據很大比例。

 

圖3所suo示shi為wei采cai用yong另ling一yi種zhong引yin腳jiao兼jian容rong電dian流liu傳chuan感gan器qi時shi相xiang同tong實shi驗yan和he配pei置zhi的de測ce試shi結jie果guo，其qi中zhong電dian流liu傳chuan感gan器qi具ju有you與yu之zhi前qian示shi例li相xiang同tong的de電dian路lu架jia構gou和he類lei似si的de直zhi流liu規gui格ge，但dan是shi內nei置zhi輸shu入ruEMI濾波電路。注意，電壓範圍擴大了20倍。

 

 

圖3. 電流傳感器輸出 （內置EMI濾波器，前向功率 = 12 dBm, 5 mV/分頻，>100 MHz時直流輸出達到峰值）
 

這種情況下


，40 MHz時誤差僅為3 mV左右，且峰值誤差（大於100 MHz時）小於30 mV
，性能提高35倍。這點清楚地表明
，內置EMI濾波電路有助於顯著提高電流傳感器防護性能，使其免受輸入端存在的高頻信號影響。在實際應用中，盡管並不清楚EMI的嚴重程度


，但是如果使用內置EMI濾波功能的電流傳感器
，實際上控製環路將會保持在其容差範圍內。

 

這兩種器件都在完全相同的條件下進行測試。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
，但是由於應用通常由PWM進行控製
，這種情況下電流檢測放大器必須能夠承受最高45 V的連續開關共模電壓。因此，要保持精確的高增益和共模抑製性能，輸入濾波器必須嚴格匹配。

 

 性

，

汽車應用對EMI事件尤其敏感，而在由中央電池、捆綁線束、各種感性負載、天線以及與汽車相關的外部幹擾構成的嘈雜電氣環境中，後者卻是無法避免的。由於安全氣囊配置、巡航控製、刹車和懸架等多種關鍵功能控製都涉及到電子設備
，因此必須保證EMI兼容絕不容許因外部幹擾而出現誤報或誤觸發。早先
，EMI兼容性測試是汽車應用中的最後一項測試。如果出現差錯，設計人員就必須在倉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計成本

，並給工程師造成了很多麻煩。一直以來
，汽車行業都在采取切實措施來改善EMI兼容性。由於設備必須符合EMI標準
，汽車OEM廠商現在要求半導體製造商（如ADI公司）必須在器件級執行EMI測試，然後才會考慮采用其生產的器件。現在，這一流程已經普及，所有IC製造商都使用標準規格來測試器件的EMI兼容性。

 

如欲了解各類型集成電路的標準EMI測試要求，請向國際電工委員會 (IEC)購買獲取相關文檔。通過IEC 62132和IEC 61967等文檔則可以了解EMI和EMC
，其中非常詳細地描述了如何使用業界公認的標準來測試特定集成電路。上述各種測試都是根據這些指南說明進行的。

 

具體而言，這些測試都采用 “直接功率注入法”完成，這是一種通過電容將RF信號耦合至特定器件引腳的方法。根據待測IC的類型，針對不同的RF信號功率水平和頻率範圍
，測試器件的每路輸入。圖4顯示了在特定引腳上執行直接功率注入測試的原理示意圖。

 

 

圖4. 直接功率注入
 

這些標準中包含電路配置
、布局方法和監控技術方麵的大量必要信息，有助於正確理解器件測試成功與否。更為完整的IEC標準原理圖如圖5所示。

 

 

圖5. EMI耐受性測試原理圖
 

 

集成電路的EMI兼容性是電子設計能否成功的關鍵所在。本文僅從放大器是否內置EMI濾波器出發
，介紹了兩款非常類似的放大器執行直流測量時，在RF環境中的直流性能有何顯著差別。在汽車應用中
，考慮到安全性和可靠性時
，EMI是一個非常重要的方麵。如今
，在設計和測試針對關鍵應用的器件時，IC製造商（如ADI公司）日益重視EMI耐受性方麵的考慮因素。IEC標準非常詳細地說明了有用的相關指導原則。對於汽車應用市場
，AD8207, AD8208 和 AD8209等電流檢測器件都通過了EMI測試。鋰離子電池安全監控器AD8280和數字式可編程傳感器信號放大器AD8556等新款器件經過專門設計和測試，符合EMI相關要求。

 

 

AD8208的更多詳情:AD8203（圖A）是一款單電源差動放大器，非常適合在大共模電壓情況下放大和低通濾波小差分電壓。采用+5 V單電源供電時
，輸入共模電壓範圍為-2 V至+45 V。該款放大器提供增強的輸入過壓和ESD保護
，並內置EMI濾波功能。

 

 

圖A. AD8208差動放大器
 

AD8208具ju有you出chu色se的de交jiao流liu和he直zhi流liu性xing能neng，且qie通tong過guo相xiang關guan認ren證zheng

，適shi合he要yao求qiu采cai用yong穩wen定ding可ke靠kao的de精jing密mi器qi件jian來lai改gai善shan係xi統tong控kong製zhi的de汽qi車che應ying用yong。失shi調tiao和he增zeng益yi漂piao移yi典dian型xing值zhi分fen別bie小xiao於yu5 µV/°C和10 ppm/°C。該器件提供SOIC和MSOP兩種封裝，在DC至10 kHz範圍內共模抑製比(CMR)最小值為80 dB。

 

另外提供一個外部可用的100kΩ電阻，可用來進行低通濾波以及建立20以外的增益。


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