放大器中射頻干擾整流誤差電路盤點

放大器中射頻干擾整流誤差電路盤點在實際應用中，必須處理日益增多的射頻干擾（RFI），對于信號傳輸線路較長且信號強度較低的情況尤其如此，而儀表放大器的典型應用就是這種情況，因為其內(nèi)在的共模抑制能力，它能從較強共模噪聲和干擾中提取較弱的差分信號。但有個潛在問題卻往往被忽視，即儀表放大器中存在的射頻整流問題。當存在強射頻干擾時，集成電路可能對干擾進行整流，然后以直流輸出失調(diào)誤差表現(xiàn)出來。儀表放大器輸入端的共模信號通常被其共模抑制的性能衰減了。射頻整流仍然會發(fā)生，因為即使最好的儀表放大器在信號頻率高于20kHz時，實際上也不能抑制共模噪聲。放大器的輸入級可能對強射頻信號進行整流，然后以直流失調(diào)誤差表現(xiàn)出來。一旦經(jīng)過整流后，在儀表放大器輸出端的低通濾波器將無法消除這種誤差。如果射頻干擾為間歇性，那么它會導致無法被覺察到的測量誤差。設計實用的射頻干擾濾波器解決這一問題的最實用方案是在儀表放大器之前使用一個差分低通濾波器，以對射頻信號進行衰減。該濾波器有三個作用：盡可能多地消除輸入線路中的射頻能量；使每條線路與接地（共用）之間的交流信號保持平衡；并在整個測量帶寬內(nèi)維持足夠高的輸入阻抗，以避免增加信號源的負載。圖1是多種差分射頻干擾濾波器的基本框圖。圖中所示元件值均針對AD8221選擇，AD8221的-3dB典型帶寬值為：圖1用于防止射頻干擾整流誤差的低通濾波器電路1MHz,典型電壓噪聲電平為7nV除抑制射頻干擾之外，該濾波器同時具有輸入過載保護功能。因為電阻R1a和R1b有助于隔離儀表放大器輸入電路與外部信號源。圖2是該抗射頻干擾電路的簡化圖。從圖中可見，濾波器形成一個橋接電路，其輸出跨接于儀表放大器的輸入引腳間。鑒于這種連接方法，C1a/R1a與C1b/R1b兩個時間常數(shù)之間的任何不匹配都會導致橋路失衡，從而降低高頻共模抑制性能。因此，電阻R1a和R1b以及電容C1a和C1b均應始終相等。圖2電容C2構成C1a/C1b的旁路，并能有效降低因元件不匹配引起的交流共模抑制誤差如圖所示，C2跨接于電橋的輸出端，從而使得C2實際上與C1a和C1b構成的串聯(lián)組合呈并聯(lián)關系。這樣連接后，C2能有效降低因不匹配導致的任何交流共模抑制誤差。例如，如果C2比C1大10倍，這種連接方式將使因C1a/C1b不匹配導致的共模抑制誤差降低至原來的二十分之一。需要注意的是，該濾波器不影響直流共模抑制。適用于AD620系列儀表放大器的射頻干擾抑制電路圖3是針對通用型儀表放大器（如AD620系列）的電路，與AD8221系列相比，這類儀表放大器的噪聲電平較高（12nVHz）、帶寬較低。相應地，這類儀表放大器使用了相同的輸入電阻，但電容C2的值大約增加5倍，達0.047F，以便提供足夠的射頻衰減。采用圖中所示值時，電路的-3dB帶寬約為400Hz；通過將R1和R2的電阻值降至2.2k，可將帶寬提高到760Hz.需要注意的是，增加帶寬是要付出代價的，要求儀表放大器前面的電路驅(qū)動的阻抗載荷較低，因此會在一定程度上降低輸入過載保護性能。圖3用于AD620系列儀表放大器的射頻干擾抑制電路用于微功耗儀表放大器的射頻干擾抑制電路有些儀表放大器比其它放大器更容易發(fā)生射頻整流，因而需要采用更強的濾波器。輸入級工作電流較低的微功耗儀表放大器（如AD627）即是一個很好的例子。增加兩只電阻R1a/R1b的值以及/或者電容C2的值這種簡單的方法可提高射頻衰減，但代價是信號帶寬降低。由于AD627儀表放大器與通用型集成電路（如AD620系列器件）相比，具有更高的噪聲（38nVHz），因此可采用電阻值較高的輸入電阻，而不會大幅降低電路的噪聲性能。圖4對圖1所示基本RC抗射頻干擾電路進行了修改，采用電阻值更高的輸入電阻。圖4用于AD627的射頻干擾抑制電路濾波器帶寬約為200Hz。當增益為100、輸入為1Vp-p時，最大直流失調(diào)電壓在1Hz至20MHz頻率范圍內(nèi)約為400VRTI。增益不變時，電路的射頻信號抑制（輸出端射頻電平/輸入端射頻電平）將優(yōu)于61dB。用于AD623儀表放大器的射頻干擾濾波器圖5顯示的是建議與AD623儀表放大器搭配使用的抗射頻干擾電路。由于這種器件與AD627相比，較難受到射頻干擾的影響，因此可將輸入電阻的值從20k降至10k，結果會增加電路的信號帶寬，降低電阻的噪聲貢獻。此外，10k電阻還可提供極其有效的輸入保護。采用圖中所示值時，濾波器的帶寬約為400Hz.當增益為100、輸入為1Vp-p時，最大直流失調(diào)電壓小于1VRTI.增益不變時，電路的射頻信號抑制優(yōu)于74dB。圖5AD623射頻干擾抑制電路AD8225射頻干擾濾波器電路圖6顯示的是針對這種儀表放大器的推薦射頻干擾濾波器。AD8225儀表放大器增益固定為5，且較AD8221更易受射頻干擾的影響。如不采用射頻干擾濾波器，當輸入2Vp-p、10Hz至19MHz正弦波時，這種儀表放大器測得的直流失調(diào)電壓約為16mVRTI。通過使用電阻值更大的電阻，該濾波器可得到比AD8221電路更高的射頻衰減：用10k代替4k。由于AD8225具有較高的噪聲電平，因此這是可以接受的。若使用濾波器，則直流失調(diào)電壓誤差可忽略。圖6AD8225射頻干擾濾波器電路使用共模射頻扼流圈做儀表放大器射頻干擾濾波器作為RC輸入濾波器的替代方案，可在儀表放大器的前面連接一個商用共模射頻扼流圈，如圖7所示。共模扼流圈是一種采用共用鐵芯的雙路繞組射頻扼流圈。兩個輸入端的任何共模輸入射頻信號都會被扼流圈衰減。共模扼流圈以少量元件提供了一種簡單的射頻干擾抑制方式，同時獲得了更寬的信號通帶，但這種方法的有效性取決于所用共模扼流圈的質(zhì)量，最好選用內(nèi)部匹配良好的扼流圈。使用扼流圈的另一潛在問題是無法像RC射頻干擾濾波器那樣提高輸入保護功能。采用射頻扼流圈、額定增益為1000的AD620儀表放大器，輸入1Vp-p共模正弦波時，圖7所示電路可使直流失調(diào)電壓降至低于4.5VRTI的水平。高頻共模抑制比也大幅降低，如表I所示。圖7使用商用共模射頻扼流圈抑制射頻干擾由于有些儀表放大器比其它放大器較易受射頻干擾影響，因此，使用共模扼流圈有時不足以解決問題。這些情況下，最好使用RC輸入濾波器。射頻干擾測試圖8顯示的是一種用于射頻干擾抑制測試的典型設置。若要測試這些電路的射頻干擾抑制情況，請用極短的引線將兩個輸入端連接起來。用一條50端接電纜將優(yōu)質(zhì)正弦波發(fā)生器連接到該輸入端。圖8用于儀表放大器射頻干擾抑制測量的典型設置拿一個示波器，調(diào)節(jié)正弦波發(fā)生器以使發(fā)生器端的輸出為1Vp-p.將儀表放大