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ADI:电磁搅扰(EMI)滤波削减精细模仿使用中的差错

文章转自ADI官网,版权归属原作者所有 在医疗设备、汽车仪器仪表和工业控制等科技领域中

文章转自ADI官网,版权归属原作者一切

在医疗设备、轿车仪器外表和工业操控等科技领域中,当设备规划触及应变计、传感器接口和电流监控时,一般需求选用精细模仿前端扩展器,以便提取并扩展十分弱小的实在信号,并按捺共模电压和噪声等无用信号。首要,规划人员将集中精力确保器材级噪声、失调、增益和温度安稳性等精度参数契合运用要求。

然后,规划人员依据上述特性,挑选契合总过失预算要求的前端模仿器材。不过,此类运用中存在一个常常被忽视的问题,即外部信号导致的高频搅扰,也便是一般所说的“电磁搅扰(EMI)”。EMI能够经过多种办法发作,首要受终究运用影响。例如,与直流电机接口的操控板中或许会用到外表扩展器,而电机的电流环路包括电源引线、电刷、换向器和线圈,一般就像天线相同能够发射高频信号,因而或许会搅扰外表扩展器输入端的细小电压。

另一个比如是轿车电磁阀操控中的电流检测。电磁阀由车辆电池经过长导线来供电,这些导线就像天线相同。该导线途径中连接着一个串联分流电阻,然后经过电流检测扩展器来丈量该电阻上的电压。该线路中或许存在高频共模信号,而该扩展器的输入端简单遭到这类外部信号的影响。一旦遭到外部高频搅扰影响,就或许导致模仿器材的精度下降,乃至或许无法操控电磁阀电路。这种状况在扩展器中的体现便是扩展器输出精度超越过失预算和数据手册中的容差,乃至在某些状况下或许会到达限值,然后导致操控环路关断。

EMI是怎么形成较大的直流过失呢?或许是以下一种景象:依据规划,许多外表扩展器能够在最高数十千赫的频率规模内体现出极佳的共模按捺功用。可是,非屏蔽的扩展器接触到数十或数百“兆赫”的RF辐射时,就或许会呈现问题。此刻扩展器的输入级或许会呈现非对称整流,然后发生直流失调,进一步扩展后,会十分显着,再加上扩展器的增益,乃至到达其输出或部分外部电路的上限。

关于高频信号怎么影响模仿器材的示例

本例将具体介绍一种典型的高端电流检测运用。图1所示为轿车运用环境中用于监控电磁阀或其它理性负载的常见装备。

Figure 1
图1. 高端电流监控

咱们选用两个具有相似规划的电流检测扩展器装备,研讨了高频搅扰的影响。这两个器材的功用和引脚摆放完全相同;不过,其间一个内置EMI滤波器电路,而另一个则没有。

Figure 2
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时直流输出到达峰值)

图2所示为输入在较宽频率规模内变化时电流传感器的直流输出与其抱负值的过失状况。从图中能够看出,在1 MHz至20 MHz的频率规模内,过失最为明显(>0.1 V),且3 MHz时直流过失到达最大值(1 V),这在扩展器0 V至5 V的输出电压规模中占有很大份额。

图3所示为选用另一种引脚兼容电流传感器时相同试验和装备的测验成果,其间电流传感器具有与之前示例相同的电路架构和相似的直流规范,可是内置输入EMI滤波电路。留意,电压规模扩展了20倍。

Figure 3
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时直流输出到达峰值)

这种状况下,40 MHz时过失仅为3 mV左右,且峰值过失(大于100 MHz时)小于30 mV,功用进步35倍。这点清楚地标明,内置EMI滤波电路有助于明显进步电流传感器防护功用,使其免受输入端存在的高频信号影响。在实践运用中,虽然并不清楚EMI的严峻程度,可是假如运用内置EMI滤波功用的电流传感器,实践上操控环路将会坚持在其容差规模内。

这两种器材都在完全相同的条件下进行测验。仅有不同便是AD8208(拜见“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。在芯片上增加这样的部件好像微乎其微,可是因为运用一般由PWM进行操控,这种状况下电流检测扩展器有必要能够接受最高45 V的接连开关共模电压。因而,要坚持准确的高增益和共模按捺功用,输入滤波器有必要严厉匹配。

规划和测验时为何以及怎么确保EMI兼容性

轿车运用对EMI事情特别灵敏,而在由中心电池、绑缚线束、各种理性负载、天线以及与轿车相关的外部搅扰构成的喧闹电气环境中,后者却是无法防止的。因为安全气囊装备、巡航操控、刹车和悬架等多种要害功用操控都触及到电子设备,因而有必要确保EMI兼容性,绝不容许因外部搅扰而呈现误报或误触发。新近,EMI兼容性测验是轿车运用中的最终一项测验。假如呈现过失,规划人员就有必要在匆促之间找出解决方案,而这往往触及到改动电路板布局、额定增加滤波器,乃至是替换器材。

这种不确定性极大进步了规划本钱,并给工程师形成了许多费事。一直以来,轿车行业都在采纳实在办法来改进EMI兼容性。因为设备有必要契合EMI规范,轿车OEM厂商现在要求半导体制作商(如ADI公司)有必要在器材级履行EMI测验,然后才会考虑选用其出产的器材。现在,这一流程现已遍及,一切IC制作商都运用规范规范来测验器材的EMI兼容性。

如欲了解各类型集成电路的规范EMI测验要求,请向世界电工委员会 (IEC)购买获取相关文档。经过IEC 62132和IEC 61967等文档则能够了解EMI和EMC,其间十分具体地描绘了怎么运用业界公认的规范来测验特定集成电路。上述各种测验都是依据这些攻略阐明进行的。

具体而言,这些测验都选用 “直接功率注入法”完结,这是一种经过电容将RF信号耦合至特定器材引脚的办法。依据待测IC的类型,针对不同的RF信号功率水平缓频率规模,测验器材的每路输入。图4显现了在特定引脚上履行直接功率注入测验的原理示意图。

Figure 4
图4. 直接功率注入

这些规范中包括电路装备、布局办法和监控技能方面的很多必要信息,有助于正确理解器材测验成功与否。更为完好的IEC规范原理图如图5所示。

Figure 5
图5. EMI耐受性测验原理图

Summary

集成电路的EMI兼容性是电子规划能否成功的要害所在。本文仅从扩展器是否内置EMI滤波器动身,介绍了两款十分相似的扩展器履行直流丈量时,在RF环境中的直流功用有何明显不同。在轿车运用中,考虑到安全性和牢靠性时,EMI是一个十分重要的方面。现在,在规划和测验针对要害运用的器材时,IC制作商(如ADI公司)日益注重EMI耐受性方面的考虑要素。IEC规范十分具体地阐明晰有用的相关辅导准则。关于轿车运用商场,AD8207, AD8208 和 AD8209等电流检测器材都经过了EMI测验。锂离子电池安全监控器AD8280和数字式可编程传感器信号扩展器AD8556等新款器材经过专门规划和测验,契合EMI相关要求。

附录

AD8208的更多概况:AD8203(图A)是一款单电源差动扩展器,十分合适在大共模电压状况下扩展和低通滤波小差分电压。选用+5 V单电源供电时,输入共模电压规模为-2 V至+45 V。该款扩展器供给增强的输入过压和ESD维护,并内置EMI滤波功用。

Figure A
图A. AD8208差动扩展器

AD8208具有超卓的沟通和直流功用,且经过相关认证,合适要求选用安稳牢靠的精细器材来改进系统操控的轿车运用。失谐和增益漂移典型值别离小于5 µV/°C和10 ppm/°C。该器材供给SOIC和MSOP两种封装,在DC至10 kHz规模内共模按捺比(CMR)最小值为80 dB。

别的供给一个外部可用的100kΩ电阻,可用来进行低通滤波以及树立20以外的增益。

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