Перейти к содержанию

EMIRR (подавление ЭМП в ОУ)

Рядом с модулем Wi-Fi показания точного датчика вдруг уползают на сотни микровольт. Виноват не шум в полосе сигнала, а радиочастота, которую входной каскад ОУ выпрямляет в постоянный сдвиг. Устойчивость к этому задаёт параметр EMIRR.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

EMIRR (electromagnetic interference rejection ratio) — параметр операционного усилителя, который показывает, насколько слабо радиочастотная помеха на входе сдвигает его постоянный выход. Выражается в децибелах: чем больше, тем устойчивее ОУ к электромагнитным помехам. TI ввела его, чтобы ОУ можно было сравнивать по устойчивости к радиопомехам так же, как по PSRR и CMRR (TI SBOA128A, разд. 1–2).

Откуда берётся сдвиг

Помеха сотен мегагерц и гигагерц лежит далеко за полосой ОУ, и усилить её он не может. Но нелинейные p-n-переходы внутри микросхемы её выпрямляют (SBOA128A, разд. 1.2), и на выходе появляется постоянная добавка — она выглядит как изменение напряжения смещения нуля. Излучаемая помеха в итоге приходит по проводникам: дорожки и провода к входам работают как антенны (SBOA128A, разд. 1.1). Самые чувствительные выводы — входы, поэтому TI измеряет EMIRR IN+: помеху подают на неинвертирующий вход и пересчитывают сдвиг выхода ко входу.

Формула

EMIRRIN+=20lg⁡VRFΔVOS+20lg⁡VRF100 мВ⇒ΔVOS=VRF2100 мВ⋅10−EMIRR/20\text{EMIRR}_{IN+} = 20\lg\frac{V_{RF}}{\Delta V_{OS}} + 20\lg\frac{V_{RF}}{100\ \text{мВ}} \quad\Rightarrow\quad \Delta V_{OS} = \frac{V_{RF}^2}{100\ \text{мВ}}\cdot 10^{-\text{EMIRR}/20}

VRF — амплитуда помехи, ΔVOS — сдвиг, приведённый ко входу. Сдвиг растёт как квадрат амплитуды, поэтому формула привязана к опорному уровню 100 мВ амплитудой (SBOA128A, ур. 1–2). Пример TI: помеха 100 мВ на 900 МГц при EMIRR 60 дБ сдвигает вход на 100 мкВ, а у ОУ с 20 дБ в усилителе с K = 100 — на 10 мВ на входе и 1 В на выходе.

Значения

ЧастотаTLV9001OPA333
400 МГц59,5 дБ112,5 дБ
900 МГц68,9 дБ120,9 дБ
1,8 ГГц77,8 дБ114,5 дБ
2,4 ГГц78,0 дБ115,0 дБ

TLV9001 — по табл. 8-1 даташита SBOS833R, OPA333 — по SBOA128A, разд. 4. Оба ОУ имеют встроенный фильтр помех на входах. Наш расчёт для помехи 100 мВ амплитудой: у TLV9001 на 2,4 ГГц — около 13 мкВ на входе, на 400 МГц — около 106 мкВ; у OPA333 на 900 МГц — меньше 0,1 мкВ.

Если EMIRR в даташите нет, вход защищают снаружи: RC-фильтр у выводов ОУ, короткие дорожки к входам и сплошная земля. Подробно об экономичных КМОП-усилителях — на странице MCP6001 и TLV9001.

Частые вопросы

Почему радиочастота сдвигает постоянное смещение ОУ?

Сигнал сотен мегагерц ОУ не может усилить: полоса у него в тысячи раз меньше. Но нелинейные переходы входного каскада выпрямляют такой сигнал, и на выходе появляется постоянный сдвиг, как если бы изменилось напряжение смещения нуля. TI показывает, что этот сдвиг пропорционален квадрату амплитуды помехи: вдвое большая помеха даёт вчетверо больший сдвиг.

Как пересчитать EMIRR в микровольты?

По формуле TI SBOA128A: сдвиг на входе равен квадрату амплитуды помехи, делённому на 100 мВ, и умноженному на 10 в степени −EMIRR/20. У TLV9001 на 2,4 ГГц EMIRR 78 дБ, и помеха 100 мВ амплитудой даёт около 13 мкВ на входе; на 400 МГц при 59,5 дБ — около 106 мкВ. На выходе сдвиг умножается на усиление каскада.

Что делать, если в даташите нет EMIRR?

Защищать вход снаружи: RC-фильтр нижних частот прямо у выводов ОУ, короткие дорожки к входам, сплошная земля и экранирование чувствительной части. По SBOA128A излучаемая помеха в итоге приходит по проводникам, а фильтры ставят на внешних интерфейсах и прямо у чувствительных микросхем.

Источники

  1. Texas Instruments. EMI Rejection Ratio of Operational Amplifiers (With OPA333 and OPA333-Q1 as an Example) (SBOA128A, August 2011, revised July 2015) — разд. 1.1: излучаемые помехи в итоге становятся кондуктивными — их принимают дорожки и провода; развязку и фильтрацию ставят на всех внешних интерфейсах и часто прямо у чувствительных микросхем; разд. 1.2: самая частая реакция ОУ — сдвиг постоянного смещения на выходе из-за выпрямления РЧ нелинейными p-n-переходами внутри микросхемы; разд. 2: входы ОУ наименее устойчивы, EMIRR IN+ измеряют по сдвигу постоянного смещения в неинвертирующем включении и приводят ко входу; ур. 1–2: EMIRR IN+ = 20·lg(VRF_PEAK/ΔVOS) + 20·lg(VRF_PEAK/100 мВп), ΔVOS растёт как квадрат амплитуды; пример 1: 100 мВп на 900 МГц при 60 дБ дают 100 мкВ, при 20 дБ и усилении 100 — 10 мВ на входе и 1 В на выходе; разд. 4: OPA333 со встроенным ЭМП-фильтром — больше 100 дБ в диапазоне 250 МГц – 6 ГГц, табл.: 112,5 дБ на 400 МГц, 120,9 дБ на 900 МГц, 114,5 дБ на 1,8 ГГц, 115,0 дБ на 2,4 ГГц
  2. Texas Instruments. TLV900x Low-Power, RRIO, 1-MHz Operational Amplifier for Cost-Sensitive Systems (SBOS833R, October 2017, revised November 2021) — разд. 8.3.4: встроенный фильтр РЧ и ЭМП, измерение 10 МГц – 6 ГГц, рис. 8-1; табл. 8-1, EMIRR IN+: 59,5 дБ на 400 МГц, 68,9 дБ на 900 МГц, 77,8 дБ на 1,8 ГГц, 78,0 дБ на 2,4 ГГц, 88,8 дБ на 3,6 ГГц

Нашли ошибку?

Смотрите также