EMI滤波减少模拟应用误差

2012-11-01 17:29:58来源: 互联网

EMI是如何造成较大的直流偏差呢?可能是以下一种情形:根据设计,很多仪表放大器可以在最高数十千赫的频率范围内表现出极佳的共模抑制性能。但是,非屏蔽的放大器接触到数十或数百"兆赫"的RF辐射时,就可能会出现问题。此时放大器的输入级可能会出现非对称整流,从而产生直流失调,进一步放大后,会非常明显,再加上放大器的增益,甚至达到其输出或部分外部电路的上限。

  关于高频信号如何影响模拟器件的示例

  本例将详细介绍一种典型的高端电流检测应用。图1所示为汽车应用环境中用于监控电磁阀或其它感性负载的常见配置。

  

 

  图1. 高端电流监控

  我们采用两个具有类似设计的电流检测放大器配置,研究了高频干扰的影响。这两个器件的功能和引脚排列完全相同;不过,其中一个内置EMI滤波器电路,而另一个则没有。

  

 

  图2. 电流传感器输出 (无内置EMI滤波器,前向功率 = 12 dBm, 100 mV/分频,3 MHz时直流输出达到峰值)

  图2所示为输入在较宽频率范围内变化时电流传感器的直流输出与其理想值的偏差情况。从图中可以看出,在1 MHz至20 MHz的频率范围内,偏差最为显着(>0.1 V),且3 MHz时直流误差达到最大值(1 V),这在放大器0 V至5 V的输出电压范围中占据很大比例。

  图3所示为采用另一种引脚兼容电流传感器时相同实验和配置的测试结果,其中电流传感器具有与之前示例相同的电路架构和类似的直流规格,但是内置输入EMI滤波电路。注意,电压范围扩大了20倍。

  

 

  图3. 电流传感器输出 (内置EMI滤波器,前向功率 = 12 dBm, 5 mV/分频,>100 MHz时直流输出达到峰值)

  这种情况下,40 MHz时误差仅为3 mV左右,且峰值误差(大于100 MHz时)小于30 mV,性能提高35倍。这点清楚地表明,内置EMI滤波电路有助于显着提高电流传感器防护性能,使其免受输入端存在的高频信号影响。在实际应用中,尽管并不清楚EMI的严重程度,但是如果使用内置EMI滤波功能的电流传感器,实际上控制环路将会保持在其容差范围内。

  这两种器件都在完全相同的条件下进行测试。唯一不同就是AD8208(参见"附录")在输入引脚和电源引脚上都配有内部低通RF输入滤波器。在芯片上增添这样的部件似乎微不足道,但是由于应用通常由PWM进行控制,这种情况下电流检测放大器必须能够承受最高45 V的连续开关共模电压。因此,要保持精确的高增益和共模抑制性能,输入滤波器必须严格匹配。

设计和测试时为何以及如何保证EMI兼容性

  汽车应用对EMI事件尤其敏感,而在由中央电池、捆 绑线束、各种感性负载、天线以及与汽车相关的外部干扰构成的嘈杂电气环境中,后者却是无法避免的。由于安全气囊配置、巡航控制、刹车和悬架等多种关键功能控制都涉及到电子设备,因此必须保证EMI兼容性,绝不容许因外部干扰而出现误报或误触发。早先,EMI兼容性测试是汽车应用中的最后一项测试。如果出现差错,设计人员就必须在仓促之间找出解决方案,而这往往涉及到改变电路板布局、额外添加滤波器,甚至是更换器件。

  这种不确定性极大提高了设计成本,并给工程师造成了很多麻烦。一直以来,汽车行业都在采取切实措施来改善EMI兼容性。由于设备必须符合EMI标准,汽车OEM厂商现在要求半导体制造商(如ADI公司)必须在器件级执行EMI测试,然后才会考虑采用其生产的器件。现在,这一流程已经普及,所有IC制造商都使用标准规格来测试器件的EMI兼容性。

  如欲了解各类型集成电路的标准EMI测试要求,请向国际电工委员会(IEC)购买获取相关文档。通过IEC 62132和IEC 61967等文档则可以了解EMI和EMC,其中非常详细地描述了如何使用业界公认的标准来测试特定集成电路。上述各种测试都是根据这些指南说明进行的。

  具体而言,这些测试都采用 "直接功率注入法"完成,这是一种通过电容将RF信号耦合至特定器件引脚的方法。根据待测IC的类型,针对不同的RF信号功率水平和频率范围,测试器件的每路输入。图4显示了在特定引脚上执行直接功率注入测试的原理示意图。

  

 

  图4. 直接功率注入

  这些标准中包含电路配置、布局方法和监控技术方面的大量必要信息,有助于正确理解器件测试成功与否。更为完整的IEC标准原理图如图5所示。

  

 

  图5. EMI耐受性测试原理图

  总结

  对于汽车应用市场,AD8207,AD8208和AD8209等电流检测器件都通过了EMI测试。锂离子电池安全监控器AD8280 和数字式可编程传感器信号放大器AD8556等新款器件经过专门设计和测试,符合EMI相关要求。

关键字:EMI  滤波  模拟应用

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/1101/article_17380.html
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