減少運算放大器和儀表放大器電路中的RFI整流

　　EMI和RFI會嚴重影響高精度模擬電路的直流性能。由于帶寬相對較低，精密運算放大器和儀表放大器不會精確放大MHz范圍內(nèi)的RF信號。但是，如果這些帶外信號能夠通過精密放大器的輸入、輸出或電源引腳耦合至精密放大器，這些信號就會通過各種放大器結點進行內(nèi)部整流，并最終在輸出端導致不必要的直流失調(diào)。之前關于該現(xiàn)象的理論探討已經(jīng)說明其基本機制。下一步要介紹合適的濾波如何減少或消除這些誤差。

　　合適的電源去耦可以將IC電源引腳上的RFI降至最低。放大器輸入和輸出還需要在器件級進一步探討。此時，假定系統(tǒng)級EMI/RFI方法已經(jīng)實現(xiàn)，如緊湊的RFI外形、正確接地的屏蔽層、電源軌濾波等。這些后續(xù)步驟可視為電路級EMI/RFI防護。

　　運算放大器輸入

　　防止輸入級整流的最佳方法是采用靠近運算放大器輸入的低通濾波器，如圖3所示。

　　圖3：用于運算放大器電路的簡單EMI/RFI噪聲濾波器

　　在左側示意圖的反相運算放大器中，濾波器電容C位于等值電阻R1-R2之間。由此可以得出簡單的轉折頻率表達式，如圖所示。在極低頻率或直流情況下，電路的閉環(huán)增益為–R3/（R1+R2）。注意，C不能直接連接至運算放大器的反相輸入，否則會產(chǎn)生不穩(wěn)定性。所選的濾波器帶寬至少為信號帶寬的100倍，以便將信號損失降至最低。

　　在右側示意圖的同相運算放大器中，電容C可以直接連接至運算放大器輸入，阻值為“R”的輸入電阻會和反相運算放大器產(chǎn)生相同的轉折頻率。兩種情況下都應采用低電感芯片式電容，如NP0陶瓷電容。電容在任何情況下都不應出現(xiàn)損耗或電壓系數(shù)問題，因此只能選用上述NP0陶瓷電容或薄膜型電容。

　　需要注意的是，可以用鐵氧體磁珠代替R1，但是，鐵氧體磁珠阻抗無法精確控制，一般不超過100Ω（10 MHz至100 MHz時）。因此，需要采用容值較大的電容來衰減低頻。

　　儀表放大器輸入

　　由于存在共模（CM）EMI/RFI，精密儀表放大器對直流失調(diào)誤差尤為敏感。這和運算放大器中存在的問題很像。而且，和運算放大器相比，采用低功耗儀表放大器時，EMI/RFI靈敏度問題尤為嚴重。

　　圖4所示為儀表放大器器件級應用正確的通用濾波方法。實際上，該電路中的儀表放大器可以采用各種器件中的任何一種。儀表放大器之前相對復雜的平衡RC濾波器可以處理所有的高頻濾波。儀表放大器可以通過其增益設置電阻，針對應用所需的增益進行編程（圖中未顯示）。

　　圖4：儀表放大器通用共模/差模RC EMI/RFI濾波器

　　注意，在濾波器中，共模（R1-C1和R2-C2）和差模（DM）信號（R1+R2，以及C3 || 串聯(lián)的C1-C2）均受到完全平衡的濾波。如果R1-R2和C1-C2匹配不佳，VIN的部分輸入共模信號就會轉換為儀表放大器輸入端的差模信號。因此，C1和C2相互間至少有5%匹配。R1和R2應為1%金屬薄膜電阻，以利于匹配。假定從VIN端獲得的源阻抗相對R1-R2較低，且能夠匹配。在這種濾波器中，所選的C3應遠大于C1或C2（C3≥C1、C2），以便抑制由于R1-C1和R2-C2時間常數(shù)不匹配引起共模（CM）-差模（DM）轉換，從而導致的雜散差分信號。

　　整體濾波器帶寬應至少為輸入信號帶寬的100倍。實際上，濾波器元件應對稱安裝在具有大面積接地層的PC電路板上，而且必須靠近儀表放大器輸入端，以便實現(xiàn)最佳性能。

　　圖5所示為該濾波器系列，適合各種不同的儀表放大器。RC元件應按照表中要求，根據(jù)不同的儀表放大器量身定制。選擇這些濾波器元件是為了使低EMI/RFI靈敏度和低噪聲增加量達到適度平衡（與無濾波器的相關儀表放大器相比）。

　　圖5：適用于AD620系列、AD623、AD627和其它儀表放大器的靈活共模和差模RC EMI/RFI濾波器

　　為了測試配置的EMI/RFI靈敏度，可以向輸入電阻施加1 Vp-p的共模信號，如圖所示。采用常用的儀表放大器（如AD620），在增益為1000的條件下工作時，獲得的最大RTI輸入失調(diào)電壓偏移在20 MHz范圍內(nèi)為1.5μV。在AD620濾波器示例中，差分帶寬約為400 Hz。

　　共模扼流圈提供簡單的單器件EMI/RFI保護，可以替代無源RC濾波器，如圖6所示。

　　圖6：為簡明起見，以及實現(xiàn)最低噪聲EMI/RFI濾波操作，共模扼流圈適用于AD620系列儀表放大器

　　除了采用的元件數(shù)量較少以外，通過電阻的消除作用，基于扼流圈的濾波器還具有低噪聲。但是，選擇合適的共模扼流圈至關重要。圖6所示電路中采用的扼流圈是Pulse Engineering B4001。從DC至20 MHz（G = 1000）測得的最大RTI失調(diào)偏移為4.5μV。可以采用現(xiàn)成的扼流圈（如B4001），也可以另行制造。繞組的平衡非常重要，因此，建議采用雙線繞組。當然，磁芯材料必須能夠在預期頻帶內(nèi)工作。注意，和圖5中的RC濾波器系列不同，只采用扼流圈的濾波器無法提供差分濾波。通過增加圖5所示的R1-C3-R2連接，可以在扼流圈后采用第二級設置選擇增加差模濾波。