PCB Teknik - PCB alanın yakın EMI'sini azaltmak için çalışma amplifikatörlerini kullanın

PCB tasarımı için EMI'yi azaltma en iyi yollarından biri, operasyon amplifikatörlerini elastik kullanmak. Maalesef, birçok uygulamalarda, EMI'yi azaltmak için çalışma genişleticilerin rolü genelde görmezden gelir.

PCB tasarımı için elektromagnet interferini (EMI) azaltmak için en iyi yollardan biri, operasyonel amplifikatörler (OP Amp) fleksibil kullanmak. Maalesef, birçok uygulamalarda, EMI'yi azaltmak için çalışma genişleticilerin rolü sık sık sık bozuluyor. Bu "operasyon amposu EMI'ye karşı karşı karşılık yeteneğini arttırmak için daha fazla ölçüler alınmalıdır." Bu, daha önceki üretilmiş komponentler için doğru olsa da tasarımcılar, son işlem arttırıcıların genelde önceki nesillerden daha iyi karşılık etkileyici performansı olduğunu fark etmeyecekler. Tasarımcılar aynı zamanda sistem ve PCB tasarımı gürültüsünü azaltmak için çalışma genişletici devrelerin sağlayabileceği anahtar avantajlarını anlamıyor ya da düşünebilir. Bu makale EMI kaynaklarını inceledi ve duygusal PCB tasarımlarına yardım edebilecek operasyon genişleticilerin özelliklerini tartışıyor.

EMI kaynağı, rahatsız devre ve bağlantı mekanizması

EMI, genelde istenmeyen ve istenmeyen elektrik gürültüsünün kaynaklarından neden olan etkisidir. Çeşitli durumlarda, rahatsız edici ses sinyali voltaj, ağırlık ve elektromagnetik radyasyonun biridir, ya da gürültü kaynağı bu üç formların birleşmesinde rahatsız edilmiş devre ile birleştirildir.

EMI radyo frekansı araştırmalarına sınırlı değil (RFI). "düşük" frekans menzilinde, frekans grubunun altında güçlü EMI kaynakları var, yönetmenleri, LED devreleri ve motor sürücüleri, on yüzlerce KHz menzilinde çalışıyorlar. 60Hz çizgi sesi başka bir örnek. Ses kaynağı gürültüsü dört bağlantı mekanizmalarının bir ya da fazlasıyla rahatsız edilmiş devreye gönderir.

Bu dört metodlardan üç tanesi alanın yakın bir bağlantısı olarak kabul edilir, yönetici bağlantı, elektrik alan bağlantısı ve manyetik alan bağlantısı dahil. Dördüncü mekanizma uzak alan radyasyon bağlantıdır, ve elektromagnetik enerji birçok dalga uzunluğunda yayılabilir.

Farklı mod sesinin aktif filtresi

Etkin operasyonel amplifikatör filtreleri devre bandı genişliğinde PCB üzerinde EMI ve sesi önemli olarak azaltır, fakat pek çok tasarımda tamamen kullanılmaz. İstediğim farklı mod (DM) sinyali frekans grubu tarafından sınırlanabilir ve gereksiz DM sesi filtrelebilir. Şekil 1, parazitik kapasitesi (CP) üzerinden giriş sinyaline bağlanmış DM sesi gösteriyor. Birleştirilmiş sinyal ve sesi ilk sıralar aktif düşük geçiş filtrü tarafından alındı. Diferenciel operasyonal amplifikatör devresinin düşük geçiş kesim frekansı R2 ve C1 tarafından gereken sinyal bandwidth'inden daha yüksek olarak ayarlandı.

Yüksek frekanslar 20 dB/on yıldan az gelir. Eğer daha büyük düzenleme gerekirse, daha yüksek sıralar aktif bir filtr kullanılabilir (-40 ya da -60dB/on gibi). <1% tolerans ile dirençli kullanmayı öneriliyor. Aynı şekilde, mükemmel sıcaklık koefitörü (NPO, COG) ve %5 (ya da <5%) toleransiyle ilgili kapasiteler en iyi filtr performansını alabilir. CM sesi iki operasyon amposunun girişinde (ya da aynı) sesli voltaj olarak tanımlanabilir ve operasyonun ölçülemeye veya ayarlamaya çalıştığını beklenen DM sinyalinin bir parças ı değil.

Operasyon amplifikatörünün önemli bir avantajı farklı girdi a şaması mimarında ve farklı bir amplifikatör olarak ayarlanırken CM sesini bastırma yeteneğinde bulunuyor. Her operasyon amp için ortak modu reddetme ilişkisi (CMRR) belirtilmesine rağmen devreğin toplam CMRR de giriş ve geri dönüş direnişlerinin etkilerini dahil etmeli. Resistans değişiklikleri CMRR'e güçlü etkiler. Bu yüzden, uygulama tarafından gereken CMRR'i ulaştırabilir. İçindeki saldırganları kullanarak iyi performanslar başka bir seçenektir.

Daha önce bahsettiği gibi, aktif filtreleme ve CMRR bilgisayarın frekans grup sınırında devre sesini düşürebilir, DM ve CM EMI de MHz menziline kadar. Ancak, beklenen çalışma frekans menzilinin üstündeki RFI sesi açıklama komponentin lineer olmayan davranışlarını neden olabilir. Operasyon amplifikatörleri yüksek impedans farklı giriş sahnesinde RFI'ye en çok mantıklı, çünkü DM ve CM RFI sesi iç diodiler tarafından düzeltebilir (silikon üzerinde p-n junctions tarafından oluşturulmuş). Düzeltmeden sonra, küçük doğrudan bir a ğırlık (DC) voltaj veya offset üretildi, ki arttırılır ve çıkışta yanlış DC offset olarak görülebilir. Sistemin doğruluğuna ve duygusallığına bağlı, bu da kötü devre performansına veya davranışına sebep olabilir.

Neyse ki, iki metodlardan birini kullanarak operasyonun ve RFI'ye karşı karşılaşma yeteneğini geliştirebilir (ya da duyarlığını azaltır). İlk ve en iyi seçenek, EMI sertleştirilmiş operasyon amplifikatörü kullanmak, ve bu iç girdi filtrü de GHz kadar yüksekliğine kadar gürültü baslayabilir. TI şu anda 80 tür EMI sertleştirme komponentleri sağlıyor. TI operasyon genişletici parametre arama motorunu arayabilirsiniz. İkinci seçenek, operasyonun girişine dış EMI/RFI filtrü eklemek. Eğer tasarım sadece iç EMI filtreleri dahil olmayan komponentlere ihtiyacı varsa, bu tek seçenek olabilir.

Ameliyat amplifikatörünün başka bir önemli özelliği, genellikle birkaç ohm (Ω) veya daha az yapılandırmalarda oldukça düşük çıkış imfazasıdır. EMI'yi düşürmek nasıl yararlı olduğunu anlamak için ilk olarak EMI'nin düşük impedans ve yüksek impedans devrelerini nasıl etkilediğini düşünmelisiniz.

Aslında sistemlerde, 100-400kHz menzilindeki I2C seri otobüs saati ses ADC ve devrelerde çok yaygın. I2C saati genellikle patlama (sonsuz) şekilde sürücü olsa da, simulasyon saat sürücüğünde mümkün etkileri gösterir. Yüksek yoğunlukta ses ve infotasyon PCB tasarımında saat rotasyonu duyarlı ses izlerinin yakınlarında görülebilir. Sadece bir kaç pF parazitik PCB kapasitesi kapasitet bağlantısı olabilir ve saat sesini rahatsız edici ses sinyaline inşa edebilir. Şekil 3, sadece 1pF parazit kapasitesi kullanarak simülasyon örneğindir.

Ses devresi sesi nasıl azaltır? Gerçekler, rahatsız edilen devreyi azaltmak gürültüsünü birleştirmek için duygusallığını azaltmak bir yoldur. Yüksek kaynaklı impedans (> 50Ω) devrelerinde bağlı kaynaklı impedans yükünü azaltarak bağlantı sesi azaltılabilir. 4. Şekil'de, faz yapılandırmasındaki OPA350, sinyali buferlemek için devre eklenir ve yükden kaynak impedansını uzaklaştırır. 600Ω ile karşılaştırıldığında, operasyon amplifikatörünün çıkış engellemesi çok düşük, bu saat sesini önemli olarak azaltır.

Elektrik tasarımına bir kapasitör çıkarmak yüksek frekans EMI sesini filtretmek ve operasyonal amplifikatör devresinin karşılaşmasını arttırmak için çok faydalı. Bu maddedeki bütün diagramlar devreğin bir parçası olduğunu gösteriyor. Çıkarma keşfetme sorunu yakında çok karmaşık olacak olsa da, her tasarıma uygulanan ideal "parmağın kuralları" var. Özellikle de aşağıdaki özelliklerle kapasiteleri seçin:

(a) X7R, NPO veya COG gibi mükemmel sıcaklık koefitörü;

(b) Çok düşük ekvivalent seri induktans (ESL);

c) gerekli spektrum menzilindeki en düşük impedans;

(d) 1-100 nF menzilindeki kapasitet değerleri genellikle uygulanabilir, fakat yukarıdaki kriterler (b) ve (c) kapasitet değerinden daha önemlidir.

Kapacitörün ve düzenleme bağlantısının seçili kapasitör kadar önemlidir. Kapacitörü güç sağlamasına mümkün olduğunca yaklaştır. Kapacitör ve PCB güç/yer arasındaki bağlantı mümkün olduğunca kısa olmalı ve kısa izler ya da bağlantılarla kullanılabilir.