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“芯”如止水:超强抗EMI干扰运放是怎样炼成的

作者:毕晓东
发布日期:2021-07-08
来源:ChinaAET

        对于电子器件和系统来说,电磁兼容(EMC)性能是一项重要指标。特别是对于那些微弱信号以及复杂使用环境的场景,为保证系统正常工作,EMC的设计成为整个系统设计过程中的重要一环。

        EMC性能包括两方面——EMI(电磁干扰)和EMS(电磁耐受)。EMI是指芯片本身产生的噪声,也即是带给外部的干扰;EMS是指芯片承受外部干扰的能力。作为最为常用的器件,运算放大器及比较器的EMC性能同样非常关键。

        运放如何获得优秀的EMC性能?设计过程中都有哪些技术手段来降低芯片的噪声及提高抗干扰能力?日前,罗姆上海技术中心的FAE 朱莎勤深入介绍了罗姆在低噪声运放及抗EMI运放领域的领先技术及产品。

        朱莎勤介绍,2020年度,罗姆的运算放大器和比较器产品出货量超过了5亿枚,其中工业部分占12%,车载部分占25%。针对EMC性能的两方面内容,罗姆分别推出了针对性的产品。对于产品本身低EMI的需求,推出了以LMR1802为代表的超低噪声运放;针对抗外部EMI干扰的场景,推出了EMARMOURTM系列产品。

        提高运算放大器和比较器的EMC性能,主要通过哪些途径?朱莎勤介绍,改善产品的EMC性能主要包括三个方面:电路设计、布局和工艺。

超低噪声运算放大器

        运算放大器内部的噪声来源主要包括两方面:闪烁噪声和热噪声。闪烁噪声是由工艺结构造成的,热噪声是由电路设计产生的。为了降低整体噪声,罗姆通过改善工艺以及电路设计,使得这两个方面的噪声成分都得以降低,实现了整体上的超低噪声。LMR1802就是罗姆超低噪声运放的代表产品。

超低噪声2.jpg

        在获得领先业界的等效输入噪声电压密度指标的同时,LMR1802在易用性方面并未折扣,其输入偏置电流、输入失调电压相比以往的产品大大降低。另外,通过提高相位裕度,确保了高稳定性。

超低噪声.jpg

抗干扰运算放大器EMARMOURTM系列

        低噪声运算放大器主要针对高精度应用场景,而在一些工作环境复杂,外部干扰较多的场景,除了自身产生的噪声低,运放抗外部干扰性能则至关重要。

        EMARMOURTM系列产品是罗姆专门开发的抗干扰系列产品,EMARMOURTM商标仅用于在国际抗扰度评估测试中输出电压波动非常小的抗干扰性能出色的产品。EM是电磁辐射的缩写,ARMOUR是铠甲的意思。意为罗姆开发的运算放大器,如同身披铠甲一样,免受外部噪声干扰。

        EMARMOURTM产品会给客户带来怎样的帮助?朱莎勤介绍,首先,使用普通的运放产品,在传感器应用中,输入电压是非常微弱的,普通产品由于抗干扰性能低,受到外部噪声影响,从而发生误动作,导致系统异常工作。而使用EMARMOURTM系列产品,是不容易受到外部噪声干扰的。第二,使用EMARMOURTM系列产品,由于出厂时抗噪能力强,能够有效减轻降噪设计负担,从而可以帮助客户减少系统设计工时和设计成本,在整体交付周期较短的设计中,也可以做到快速响应。第三,作为降低外部噪声干扰的措施,普通运放本身输入、输出端需要追加滤波器件,使用罗姆的EMARMOURTM系列产品,无需任何滤波对策就可以实现出色的降噪水平,可削减外围元器件,有效节省客户元器件成本以及布板面积成本。

        那么,罗姆是如何提升抗EMI性能的呢?答案是通过全面优化电路、布局和元件尺寸等,使抗EMI性能得到显著提升。首先,通过在所需的位置嵌入多个新开发的噪声控制电路“RF-IA”,提高了抗干扰性能。其次,在有噪声的线路周围设置屏蔽结构,同时改善布线干扰并调整内部模拟内核的阻抗。第三,着眼于寄生电容大时抗噪性能强的事实来选择工艺和元件尺寸,以获得更适合的寄生电容。

抗干扰2.jpg

        日前,罗姆开发出了运算放大器BD8758xYx-C系列,在4种国际抗干扰度测试中均实现非常出色的抗干扰性能。包括了 “电子辐射抗扰度测试 ISO 11452-2”、“BCI测试 ISO 11452-4”、“近距离辐射抗扰度测试 ISO 11452-9”、“DPI测试 IEC 62132-4”这4种国际通行的抗扰度评估测试。

抗干扰1.jpg

        BD8758xYx-C系列还具有另外一个特点,该系列产品配备了高精度的仿真模型,叫做“ROHM Real Model”的SPICE模型。这个模型相比传统的SPICE模型,最大的优势就是仿真值与实际IC的值完全一致。“ROHM Real Model”是罗姆自有的建模技术,通过将晶体管电路整体实现的特性按功能进行设计和重新组合,从而实现出色的特性再现性。

        朱莎勤表示,ROHM将会继续扩大新产品阵容,并且还会将高抗干扰技术应用到电源IC等产品中,为进一步减少各种应用的设计工时和提高应用的可靠性贡献力量。

 


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EMC EMI LMR1802 BD8758xYx-C ROHM