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量化射频(RF)干扰对线性电路的影响

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发表于 2022-10-13 10:39 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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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。
/ j$ ]' z) W0 x0 H! k, O        " H: k, K5 e2 ]0 M$ K
        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最有效的,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。
" t* t# e! r8 i/ i        + j* N7 c% p" {- c8 M9 O
        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。
% c' T/ W" T5 K; V& z; X- {) S
4 @+ G3 m1 A$ F+ K: u6 G
        频率(MHz)
5 P4 G8 S% B4 ?! P  v9 w, V        使用OPA333时EMIRRIN +与频率相比较的例子
3 X! X  e3 ?2 J5 S        
0 `) i9 Q. _* c        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。
, f0 [" W! N/ g3 O4 i5 F( v3 f        4 M# I5 T/ @, z' y3 |# N7 U8 B
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。
4 v% J1 H# j! m% U, \- ?# u; h        
" P, O  d1 F$ `
4 V" F8 A; t0 U; E5 ]: H/ j' ?        用于表征EMIRR的测试电路7 H& ]; Z, a- Z5 p2 b: ~0 z
        & H: I8 p" m% s, c5 t( ]$ Y( f
        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。
7 U7 Y7 t1 Z! l2 Q( m        
3 K; {! C/ S' _. M7 w " z3 g) k4 ?1 [. Y, s6 Q9 y: g
        其中" J  E* ?$ Y( v$ Z# {8 ^" d
        : g4 m$ g* k3 ?2 q% k: L8 S
        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
# |3 V: m3 t% [* o        |△Vos|——是测定的偏移电压(由RF干扰引起)变化5 ^% g7 [6 j" o: f
        VRF_PEAK ——是应用到放大器非反相输入端的峰值RF干扰* H/ {$ K1 ?4 `: |. Z3 Q

) p' P4 c! i5 \4 F& _( m
        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的放大器就可实现最佳性能。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曲线即可选择最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。
" l4 J; e0 g. x( J! ?5 m3 ]

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2#
发表于 2022-10-13 13:15 | 只看该作者
射频干扰分有意干扰和无意干扰两类。3 ?6 Z3 P  a: d& y; h5 ?: K* A4 I
无意干扰是:手机、无线链路、无绳电话、地面电视、医疗电子设备都会产生的干扰。+ A4 X) x/ {# a4 p1 K) D
有意干扰是专门创建的信号,目的是破坏目标接收机的运行。

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发表于 2022-10-13 13:41 | 只看该作者
有意射频干扰一般通过:捕获现场射频信号,在实验室进行分析,仿真并回放信号,开发解决方案。7 ^: u& E+ \6 @9 @4 O/ o2 n
这类射频干扰都是间歇的瞬时信号,捕获信号可能需要数秒、数分钟或数小时的数据。一般为了确保完整的分析图,捕获数据必须是无间隙的连续信号。
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