RF 信號產(chǎn)生 DC 偏移電壓，如何確定其幅度？

典型的精密運算放大（運放）器可以有 1MHz 的增益帶寬積。從理論上講，用戶可能期望千兆赫水平的 RF 信號衰減到非常低的水平，因為它們遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了放大器的帶寬范圍。然而，實際情況并非如此。

 

事實上，包含在放大器內(nèi)的靜電放電（ESD）二極管、輸入結(jié)構(gòu)和其它非線性元件會在放大器的輸入端對 RF 信號進(jìn)行“整流”。在實際意義上，RF 信號被轉(zhuǎn)換成一種直流（DC）偏移電壓，這種 DC 偏移電壓添加了放大器輸入偏移電壓。

 

用戶也許會問：“對于由給定 RF 信號產(chǎn)生的 DC 偏移電壓，我如何確定其幅度？”其實，放大器對 RF 干擾的敏感性取決于該放大器所采用的設(shè)計和技術(shù)。

 

例如，許多現(xiàn)代放大器具有內(nèi)置的 RF 濾波器，可盡量減少出現(xiàn)該問題的幾率。該濾波器對低增益帶寬運放而言是有效的，因為該濾波器的截止頻率可以設(shè)置成較低的頻率，這能提供更高的 RF 信號衰減系數(shù)。

 

除此之外，一些技術(shù)產(chǎn)品具有更強的內(nèi)在抗 RF 干擾能力。例如，比起雙極型器件，大多數(shù)互補金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）器件具有更強的抗 RF 干擾能力。輸入級設(shè)計等其它因素也可影響抗 RF 干擾能力。

 

考慮到所有這些因素，電路板和系統(tǒng)級設(shè)計人員應(yīng)如何選擇放大器呢？答案是：要看電磁干擾抑制比（EMIRR）。該技術(shù)指標(biāo)類似于電源抑制比和共模抑制比，因為它在放大器的輸入端將 RF 干擾的影響轉(zhuǎn)換成 DC 偏移電壓。

 

作為一個例子，圖 1 展示了 OPA333 的 EMIRR 曲線。從曲線可注意到，當(dāng)頻率為 1000MHz 時該運放具有 120dB 的 EMIRR。這是非常高的抑制水平，使得直接把該曲線與其它器件的曲線進(jìn)行比較成為可能。

 



圖 1、使用 OPA333 時 EMIRR IN + 與頻率相比較的例子

 

EMIRR 曲線展示了運放被傳導(dǎo)的抗 RF 信號（該信號被應(yīng)用到非反相輸入端）干擾能力的測定值。術(shù)語“被傳導(dǎo)”是指該 RF 信號被直接應(yīng)用到使用阻抗匹配型印刷電路板（PCB）的運放輸入端。此外，還對放大器輸入端的反射進(jìn)行了表征和說明。

 

最后，用數(shù)字萬用表測量由 RF 信號產(chǎn)生的 DC 偏移電壓。請注意，在放大器和萬用表之間使用了低通濾波器，以防止由穿過放大器的殘余 RF 信號引起的潛在錯誤。圖 2 展示了用于表征 EMIRR 的測試電路。

 



圖 2、用于表征 EMIRR 的測試電路

 

方程式（1）和（2）給出了 EMIRR 的數(shù)學(xué)定義。兩個方程式互為彼此的重置版本。方程式（1）展示了所用 RF 信號和偏移電壓的改變之間的關(guān)系。

 

請注意所用 RF 信號的平方引起的偏移電壓變化。這意味著入射 RF 信號較小幅度的增加可導(dǎo)致偏移電壓的顯著增加。還請注意，術(shù)語 EMIRR 的作用是減弱 RF 信號的影響；換句話說，較大的 EMIRR（dB）可使偏移電壓的變化大幅度減少。方程式（2）是在表征過程中用來計算 EMIRR（dB）的方程形式。

 



 

其中

 

EMIRR（dB） - - 從被傳導(dǎo)的 RF 信號處測定的電磁干擾抑制比（以 dB 為單位）被應(yīng)用到非反相放大器的輸入端；

 

｜△Vos｜ - - 是測定的偏移電壓（由 RF 干擾引起）變化；

 

VRF_PEAK  - - 是應(yīng)用到放大器非反相輸入端的峰值 RF 干擾；

 

最后，請注意許多其它因素，如 PCB 布局和屏蔽，也可影響用戶系統(tǒng)的抗 RF 干擾能力。不過，一旦在用戶的設(shè)計中優(yōu)化了這些因素，使用具有良好 EMIRR 的放大器就可實現(xiàn)佳性能。而且，用戶無需進(jìn)行任何復(fù)雜的計算。僅比較不同放大器的 EMIRR 曲線即可選擇適合用戶應(yīng)用的器件。筆者希望用戶能利用 EMIRR 規(guī)范來優(yōu)化用戶系統(tǒng)抗 RF 信號干擾的能力。
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