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RF 信號(hào)產(chǎn)生 DC 偏移電壓,如何確定其幅度?

  • 更新日期:2021-09-17      瀏覽次數(shù):2466
    • 典型的精密運(yùn)算放大(運(yùn)放)器可以有 1MHz 的增益帶寬積。從理論上講,用戶可能期望千兆赫水平的 RF 信號(hào)衰減到非常低的水平,因?yàn)樗鼈冞h(yuǎn)遠(yuǎn)超出了放大器的帶寬范圍。然而,實(shí)際情況并非如此。

       

      事實(shí)上,包含在放大器內(nèi)的靜電放電(ESD)二極管、輸入結(jié)構(gòu)和其它非線性元件會(huì)在放大器的輸入端對(duì) RF 信號(hào)進(jìn)行“整流”。在實(shí)際意義上,RF 信號(hào)被轉(zhuǎn)換成一種直流(DC)偏移電壓,這種 DC 偏移電壓添加了放大器輸入偏移電壓。

       

      用戶也許會(huì)問(wèn):“對(duì)于由給定 RF 信號(hào)產(chǎn)生的 DC 偏移電壓,我如何確定其幅度?”其實(shí),放大器對(duì) RF 干擾的敏感性取決于該放大器所采用的設(shè)計(jì)和技術(shù)。

       

      例如,許多現(xiàn)代放大器具有內(nèi)置的 RF 濾波器,可盡量減少出現(xiàn)該問(wèn)題的幾率。該濾波器對(duì)低增益帶寬運(yùn)放而言是有效的,因?yàn)樵摓V波器的截止頻率可以設(shè)置成較低的頻率,這能提供更高的 RF 信號(hào)衰減系數(shù)。

       

      除此之外,一些技術(shù)產(chǎn)品具有更強(qiáng)的內(nèi)在抗 RF 干擾能力。例如,比起雙極型器件,大多數(shù)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件具有更強(qiáng)的抗 RF 干擾能力。輸入級(jí)設(shè)計(jì)等其它因素也可影響抗 RF 干擾能力。

       

      考慮到所有這些因素,電路板和系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)人員應(yīng)如何選擇放大器呢?答案是:要看電磁干擾抑制比(EMIRR)。該技術(shù)指標(biāo)類似于電源抑制比和共模抑制比,因?yàn)樗诜糯笃鞯妮斎攵藢?RF 干擾的影響轉(zhuǎn)換成 DC 偏移電壓。

       

      作為一個(gè)例子,圖 1 展示了 OPA333 的 EMIRR 曲線。從曲線可注意到,當(dāng)頻率為 1000MHz 時(shí)該運(yùn)放具有 120dB 的 EMIRR。這是非常高的抑制水平,使得直接把該曲線與其它器件的曲線進(jìn)行比較成為可能。

       

      圖 1、使用 OPA333 時(shí) EMIRR IN + 與頻率相比較的例子

       

      EMIRR 曲線展示了運(yùn)放被傳導(dǎo)的抗 RF 信號(hào)(該信號(hào)被應(yīng)用到非反相輸入端)干擾能力的測(cè)定值。術(shù)語(yǔ)“被傳導(dǎo)”是指該 RF 信號(hào)被直接應(yīng)用到使用阻抗匹配型印刷電路板(PCB)的運(yùn)放輸入端。此外,還對(duì)放大器輸入端的反射進(jìn)行了表征和說(shuō)明。

       

      最后,用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量由 RF 信號(hào)產(chǎn)生的 DC 偏移電壓。請(qǐng)注意,在放大器和萬(wàn)用表之間使用了低通濾波器,以防止由穿過(guò)放大器的殘余 RF 信號(hào)引起的潛在錯(cuò)誤。圖 2 展示了用于表征 EMIRR 的測(cè)試電路。

       

      圖 2、用于表征 EMIRR 的測(cè)試電路

       

      方程式(1)和(2)給出了 EMIRR 的數(shù)學(xué)定義。兩個(gè)方程式互為彼此的重置版本。方程式(1)展示了所用 RF 信號(hào)和偏移電壓的改變之間的關(guān)系。

       

      請(qǐng)注意所用 RF 信號(hào)的平方引起的偏移電壓變化。這意味著入射 RF 信號(hào)較小幅度的增加可導(dǎo)致偏移電壓的顯著增加。還請(qǐng)注意,術(shù)語(yǔ) EMIRR 的作用是減弱 RF 信號(hào)的影響;換句話說(shuō),較大的 EMIRR(dB)可使偏移電壓的變化大幅度減少。方程式(2)是在表征過(guò)程中用來(lái)計(jì)算 EMIRR(dB)的方程形式。

       

       

      其中

       

      EMIRR(dB) - - 從被傳導(dǎo)的 RF 信號(hào)處測(cè)定的電磁干擾抑制比(以 dB 為單位)被應(yīng)用到非反相放大器的輸入端;

       

      |△Vos| - - 是測(cè)定的偏移電壓(由 RF 干擾引起)變化;

       

      VRF_PEAK  - - 是應(yīng)用到放大器非反相輸入端的峰值 RF 干擾;

       

      最后,請(qǐng)注意許多其它因素,如 PCB 布局和屏蔽,也可影響用戶系統(tǒng)的抗 RF 干擾能力。不過(guò),一旦在用戶的設(shè)計(jì)中優(yōu)化了這些因素,使用具有良好 EMIRR 的放大器就可實(shí)現(xiàn)佳性能。而且,用戶無(wú)需進(jìn)行任何復(fù)雜的計(jì)算。僅比較不同放大器的 EMIRR 曲線即可選擇適合用戶應(yīng)用的器件。筆者希望用戶能利用 EMIRR 規(guī)范來(lái)優(yōu)化用戶系統(tǒng)抗 RF 信號(hào)干擾的能力。
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