减少PCB设计上电磁干扰(EMI)的最佳方法之一
减少pcb设计上电磁干扰(emi)的最佳方法之一就是灵活地使用运算放大器。遗憾的是，在许多应用中，运算放大器的这个作用通常被忽略了。这可能是源于“运放易受emi的影响，且必须采取额外的措施来增强其对噪声的抗干扰性”这样一种成见。
汽车、工业、医疗和许多其它应用经常会用到一些敏感的模拟电路，这些电路在其工作环境中必须能完成它们的功能，同时还要保持对噪声干扰免疫。许多这些干扰由位于同一印刷电路板(pcb)上附近的“噪声”电路引发，这些噪声会耦合到pcb及其电路上的电缆接口。
减少pcb设计上电磁干扰(emi)的最佳方法之一就是灵活地使用运算放大器(简称“运放”)。遗憾的是，在许多应用中，运算放大器的这个作用通常被忽略了。这可能是源于“运放易受emi的影响，且必须采取额外的措施来增强其对噪声的抗干扰性”这样一种成见。尽管许多以前生产的器件确实是这样，但设计师可能没意识到，新近的运放通常具有比前世代更好的emi免疫性能。设计师也可能不了解，或没考虑运放电路可以为减少其系统和pcb设计中的噪音所提供的关键优势。本文回顾emi的来源，并讨论了有助于减轻敏感pcb设计上的近场emi的运放特性。
emi源、受扰电路和耦合机制
emi是由无意且常常以不期望的方式冲击二级电路(second electrical circuit)的电噪声源引起的干扰。在所有情况下，干扰噪声信号都是电压、电流、电磁辐射这三者之一，或噪声源以这三种形态的某种组合耦合到受扰电路。
emi不限于射频干扰(rfi)。 “较低”频率范围内低于射频的频段存在强大的emi源，如开关稳压器、led电路和工作在几十到几百千赫范围内的电机驱动器。60hz线电路噪声是另一个例子。噪声源通过四种可能的耦合机制中的一种，或多种将噪声传递到受扰电路。四种方式中的三种被认为是近场耦合，包括：传导耦合、电场耦合和磁场耦合。第四种机制是远场辐射耦合，其中电磁能在多个波长上辐射。
差模噪声的有源滤波
有源运放滤波器可以在电路带宽内显着降低pcb上的emi和噪声，但在许多设计中它们未被充分利用。期望的差模(dm)信号可以被频带限制，而不需要的dm噪声被滤除掉。图1显示了通过寄生电容(cp)耦合到输入信号中的dm噪声。组合信号和噪声由一阶有源低通滤波器接收。差分运放电路的低通截止频率被设置为仅高于由r2和c1确定的所需信号带宽。
较高的频率以20db/decade的幅度衰减。如果需要更大衰减，则可以使用高阶有源滤波器(例如，-40或-60 db/decade)。
推荐使用< 1％容差的电阻。同样，具有极好温度系数(npo、cog)和5％(或 50ω)的电路，可以通过最小化与电路负载相关的源阻抗来降低耦合噪声。在图4中，同相配置的opa350被添加到电路中以缓冲信号并将源阻抗与负载隔离开来。与600ω相比，运放的输出阻抗非常低，这显着降低了时钟噪声。
图4：可以减小时钟源emi的运放电路
别忘了去耦的重要性
在电源引脚添加去耦电容对于高频emi噪声的滤除及增强运放电路的抗扰度非常有益。本文中的所有示图都显示出去耦电容cd是电路的一部分。虽然探究去耦问题会马上进入深水区，但有一些适用于任何设计的很好的“经验法则”。特别是选择具有以下特性的电容：(a)非常好的温度系数，如x7r、npo或cog(b)极低的等效串联电感(esl)(c)所需频谱范围内的最低阻抗(d)1至100nf范围内的电容值通常很给力，但上述标准(b)和(c)比电容值(d)更重要。
电容的位置和走线连接与所选电容一样重要。将电容尽可能靠近电源引脚。电容与pcb电源/接地的连接应尽可能短，可采用短走线或过孔连接。
结论
运放可以帮助减小pcb上的近场emi，并强化系统设计。以下是任何设计都要考虑的一些要点：
使用仔细选择的有源滤波器配置降低电缆/电路的输入dm噪声(图1)。
通过选择具有高cmrr的运放并使用精密匹配电阻，减少电缆/电路的输入cm噪声(图1，等式1、2)。
通过选择emi硬化器件或使用外部无源emi/rfi滤波器，进一步增强对高频emi或rfi(dm/cm噪声)的免疫力(图2)。
当将信号驱动到pcb上的其它电路时，使用运放输出的低阻抗来降低耦合噪声。
最后，通过对运放和所有其它电路应用适当的去耦策略来降低电源噪声。
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减少pcb设计上电磁干扰(emi)的最佳方法之一就是灵活地使用运算放大器(简称“运放”)。遗憾的是，在许多应用中，运算放大器的这个作用通常被忽略了。这可能是源于“运放易受emi的影响，且必须采取额外的措施来增强其对噪声的抗干扰性”这样一种成见。尽管许多以前生产的器件确实是这样，但设计师可能没意识到，新近的运放通常具有比前世代更好的emi免疫性能。设计师也可能不了解，或没考虑运放电路可以为减少其系统和pcb设计中的噪音所提供的关键优势。本文回顾emi的来源，并讨论了有助于减轻敏感pcb设计上的近场emi的运放特性。
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emi是由无意且常常以不期望的方式冲击二级电路(second electrical circuit)的电噪声源引起的干扰。在所有情况下，干扰噪声信号都是电压、电流、电磁辐射这三者之一，或噪声源以这三种形态的某种组合耦合到受扰电路。
emi不限于射频干扰(rfi)。 “较低”频率范围内低于射频的频段存在强大的emi源，如开关稳压器、led电路和工作在几十到几百千赫范围内的电机驱动器。60hz线电路噪声是另一个例子。噪声源通过四种可能的耦合机制中的一种，或多种将噪声传递到受扰电路。四种方式中的三种被认为是近场耦合，包括：传导耦合、电场耦合和磁场耦合。第四种机制是远场辐射耦合，其中电磁能在多个波长上辐射。
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较高的频率以20db/decade的幅度衰减。如果需要更大衰减，则可以使用高阶有源滤波器(例如，-40或-60 db/decade)。
推荐使用< 1％容差的电阻。同样，具有极好温度系数(npo、cog)和5％(或 50ω)的电路，可以通过最小化与电路负载相关的源阻抗来降低耦合噪声。在图4中，同相配置的opa350被添加到电路中以缓冲信号并将源阻抗与负载隔离开来。与600ω相比，运放的输出阻抗非常低，这显着降低了时钟噪声。
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电容的位置和走线连接与所选电容一样重要。将电容尽可能靠近电源引脚。电容与pcb电源/接地的连接应尽可能短，可采用短走线或过孔连接。
结论
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当将信号驱动到pcb上的其它电路时，使用运放输出的低阻抗来降低耦合噪声。
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