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RF 信号产生 DC 偏移电压,如何确定其幅度?

  • 发布日期:2021-07-15      浏览次数:210
    • 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。
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