電磁干擾 （EMI） 是我們生活的一部分，無論是否是工程師。電子解決方案的普及是一件好事，因為電子設備為我們的生活帶來了舒適、安全和健康。然而，所有這些好東西繼續使我們的傳輸空間變得混亂。對這種干擾的最佳防御是通過專門設計用于阻止干擾的解決方案將這個問題扼殺在萌芽狀態。本博客展示了如何量化和快速解決傳感器電路中的 EMI 問題。
EMI 信號來自各種來源。這些來源包括我們周圍的標準電子設備；汽車、卡車和重型設備是 EMI 信號的固有發生器。對我們 21世紀的心而言，最親近的東西就是手機。手機提供了在街上行走時與朋友、家人和商業伙伴交流的便利。然而，這個小工具有可能產生干擾我們電子設備的 EMI 信號。所以，把手機放在實驗室外面。
稱重傳感器和 EMI 錯誤
EMI 信號中斷的一個很好的候選者是具有極低電壓或電流輸出信號的傳感器。EMI 信號的整流可能表現為間歇性直流電壓和電流偏移。例如，稱重傳感器電橋會產生一類模擬信號，這些信號會帶來復雜的采集問題。稱重傳感器信號輸出可以在亞毫伏范圍內，如果您對精度感興趣，放大電子設備會使測量活動復雜化。
以電阻橋中配置的四元件稱重傳感器模型為例，假設對傳感器施加負載，則傳感器輸出端的電壓會產生小信號，最大值為數十 mV，出現在兩個電阻腿的中點之間。
這種設計配置通常稱為兩運放儀表放大器。在這種分立設計中，TI 的OPA2187雙路放大器具有良好的帶寬和過溫匹配。TI 的REF2025 2.5V 參考電平將 A2 的輸出轉換為中央電源電壓。該儀表放大器通過使用運算放大器同相輸入的高阻抗來減少源阻抗失配問題。
該電路的傳遞函數等于：
V OUT = （V IN+ – V IN- ）（R 4 （1 + ?（R 2 /R 1 + R 3 /R 4 ） + （R 2 + R 3 ）/R G ）/R 3 ） + V CM （R 4 （R 3 /R 4 – R 2 /R 1 ）/R 3 ） + 2.5V
當 R 1 = R 4且 R 2 = R 3時，傳遞函數變為：
V OUT = （V IN+ – V IN- ）（1 + R 1 /R 2 + 2R 1 /R G ） + 2.5V
使用匹配的電阻器，電路增益會隨著一個電阻器 R G的變化而變化。
例如，16 位模數轉換器 （ADC） 中的滿量程 5 V 產生 5V/2 16或 76.29 μV 的 1 LSB。失調電壓為 500 μV 的放大器遠高于 1 LSB。為保持線性度并避免量化誤差，請選擇產生 ? LSB 的精密放大器。OPA2187 等零漂移放大器具有 10 μV 的失調電壓和 0.001 μV/℃ 的失調電壓漂移。
抗EMI運算放大器的優勢
零漂移放大器（例如 OPA2187 雙 0.001 零漂移運算放大器）具有低電壓偏移和低 1/f 噪聲。避免 EMI 問題的預防措施包括濾波、屏蔽和正確接地。OPA2187 具有 EMI 和射頻干擾 （RFI） 過濾輸入。一個簡單的低通無源濾波器 RC 濾波器，無論是在輸入端還是輸出端，都會影響放大器的動態性能。抑制 EMI 和 RF 信號的最有效方法是使用集成方法。
OPA2187 中緊密匹配的硅集成濾波器減少了饋入 ADC 的信號路徑誤差。產品數據表中的 EMI 抑制比 （EMIRR） 圖有助于更好地了解抗 EMI 放大器如何降低誤差。
例如，假設提供 50 dB EMI 抑制的非 EMI 強化運算放大器的增益為 100。該放大器與 5V 滿量程 16 位 ADC 接口。
在放大器的輸入端，有一個 –20 dBV 或 0.1 V RF 信號。計算會在輸入端產生 0.32 mV EMI 誤差或 0.1 V / 10 （50 / 20）。0.32 mV 的 EMI 誤差乘以 101 的增益會產生 31.9 mV 的誤差。使用 5-V 滿量程電壓范圍和 16 位 ADC，LSB 大小為 76.29 μV。大約 419 的數字計數損失等于 31.9 mV EMI 誤差除以 76.29 μV。諸如 OPA2187 之類的零漂移放大器在 1 GHz 時提供約 100 dB 的 EMIRR。
新的計算誤差會在輸入端產生 1 ?V 的 EMI 誤差或 0.1 V / 10 （100 / 20）。1 μV 的 EMI 誤差乘以 101 的增益會產生 101 μV 的誤差。大約 1.4 的數字計數損失等于 101 μV EMI 誤差除以 76.29 μV。
上述設計示例顯示了 EMI 如何在沒有警告的情況下潛入您的電路。在傳感器電路中，EMI 表現為電壓偏移和偏移電流。該博客提供了一種計算策略來預先評估損失。拿出你的鉛筆和紙來量化潛在的 EMI 源。
對這種干擾的最佳防御始終是過濾、屏蔽和適當的接地技術，以將這個問題扼殺在萌芽狀態。然后應用專門設計的設備來阻止干擾。
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