電磁干擾 (EMI) 是我們生活的一部分，無論是否是工程師。電子解決方案的普及是一件好事，因為電子設(shè)備為我們的生活帶來了舒適、安全和健康。然而，所有這些好東西繼續(xù)使我們的傳輸空間變得混亂。對這種干擾的最佳防御是通過專門設(shè)計用于阻止干擾的解決方案將這個問題扼殺在萌芽狀態(tài)。本博客展示了如何量化和快速解決傳感器電路中的 EMI 問題。

EMI 信號來自各種來源。這些來源包括我們周圍的標(biāo)準(zhǔn)電子設(shè)備;汽車、卡車和重型設(shè)備是 EMI 信號的固有發(fā)生器。對我們 21世紀(jì)的心而言，最親近的東西就是手機(jī)。手機(jī)提供了在街上行走時與朋友、家人和商業(yè)伙伴交流的便利。然而，這個小工具有可能產(chǎn)生干擾我們電子設(shè)備的 EMI 信號。所以，把手機(jī)放在實驗室外面。

稱重傳感器和 EMI 錯誤

EMI 信號中斷的一個很好的候選者是具有極低電壓或電流輸出信號的傳感器。EMI 信號的整流可能表現(xiàn)為間歇性直流電壓和電流偏移。例如，稱重傳感器電橋會產(chǎn)生一類模擬信號，這些信號會帶來復(fù)雜的采集問題。稱重傳感器信號輸出可以在亞毫伏范圍內(nèi)，如果您對精度感興趣，放大電子設(shè)備會使測量活動復(fù)雜化。

以電阻橋中配置的四元件稱重傳感器模型為例，假設(shè)對傳感器施加負(fù)載，則傳感器輸出端的電壓會產(chǎn)生小信號，最大值為數(shù)十 mV，出現(xiàn)在兩個電阻腿的中點之間。

這種設(shè)計配置通常稱為兩運(yùn)放儀表放大器。在這種分立設(shè)計中，TI 的OPA2187雙路放大器具有良好的帶寬和過溫匹配。TI 的REF2025 2.5V 參考電平將 A2 的輸出轉(zhuǎn)換為中央電源電壓。該儀表放大器通過使用運(yùn)算放大器同相輸入的高阻抗來減少源阻抗失配問題。

該電路的傳遞函數(shù)等于：

V OUT = (V IN+ – V IN- )(R 4 (1 + ?(R 2 /R 1 + R 3 /R 4 ) + (R 2 + R 3 )/R G )/R 3 ) + V CM (R 4 (R 3 /R 4 – R 2 /R 1 )/R 3 ) + 2.5V

當(dāng) R 1 = R 4且 R 2 = R 3時，傳遞函數(shù)變?yōu)椋?

V OUT = (V IN+ – V IN- )(1 + R 1 /R 2 + 2R 1 /R G ) + 2.5V

使用匹配的電阻器，電路增益會隨著一個電阻器 R G的變化而變化。

例如，16 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 中的滿量程 5 V 產(chǎn)生 5V/2 16或 76.29 μV 的 1 LSB。失調(diào)電壓為 500 μV 的放大器遠(yuǎn)高于 1 LSB。為保持線性度并避免量化誤差，請選擇產(chǎn)生 ? LSB 的精密放大器。OPA2187 等零漂移放大器具有 10 μV 的失調(diào)電壓和 0.001 μV/℃ 的失調(diào)電壓漂移。

抗EMI運(yùn)算放大器的優(yōu)勢

零漂移放大器(例如 OPA2187 雙 0.001 零漂移運(yùn)算放大器)具有低電壓偏移和低 1/f 噪聲。避免 EMI 問題的預(yù)防措施包括濾波、屏蔽和正確接地。OPA2187 具有 EMI 和射頻干擾 (RFI) 過濾輸入。一個簡單的低通無源濾波器 RC 濾波器，無論是在輸入端還是輸出端，都會影響放大器的動態(tài)性能。抑制 EMI 和 RF 信號的最有效方法是使用集成方法。

OPA2187 中緊密匹配的硅集成濾波器減少了饋入 ADC 的信號路徑誤差。產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中的 EMI 抑制比 (EMIRR) 圖有助于更好地了解抗 EMI 放大器如何降低誤差。

例如，假設(shè)提供 50 dB EMI 抑制的非 EMI 強(qiáng)化運(yùn)算放大器的增益為 100。該放大器與 5V 滿量程 16 位 ADC 接口。

在放大器的輸入端，有一個 –20 dBV 或 0.1 V RF 信號。計算會在輸入端產(chǎn)生 0.32 mV EMI 誤差或 0.1 V / 10 (50 / 20)。0.32 mV 的 EMI 誤差乘以 101 的增益會產(chǎn)生 31.9 mV 的誤差。使用 5-V 滿量程電壓范圍和 16 位 ADC，LSB 大小為 76.29 μV。大約 419 的數(shù)字計數(shù)損失等于 31.9 mV EMI 誤差除以 76.29 μV。諸如 OPA2187 之類的零漂移放大器在 1 GHz 時提供約 100 dB 的 EMIRR。

新的計算誤差會在輸入端產(chǎn)生 1 μV 的 EMI 誤差或 0.1 V / 10 (100 / 20)。1 μV 的 EMI 誤差乘以 101 的增益會產(chǎn)生 101 μV 的誤差。大約 1.4 的數(shù)字計數(shù)損失等于 101 μV EMI 誤差除以 76.29 μV。

上述設(shè)計示例顯示了 EMI 如何在沒有警告的情況下潛入您的電路。在傳感器電路中，EMI 表現(xiàn)為電壓偏移和偏移電流。該博客提供了一種計算策略來預(yù)先評估損失。拿出你的鉛筆和紙來量化潛在的 EMI 源。

對這種干擾的最佳防御始終是過濾、屏蔽和適當(dāng)?shù)慕拥丶夹g(shù)，以將這個問題扼殺在萌芽狀態(tài)。然后應(yīng)用專門設(shè)計的設(shè)備來阻止干擾。