仪表放大器输入 - RFI整流原理分析方法

仪表放大器输入

　　由于存在共模(CM)EMI/RFI，精密仪表放大器对直流失调误差尤为敏感。这和运算放大器中存在的问题很像。而且，和运算放大器相比，采用低功耗仪表放大器时，EMI/RFI灵敏度问题尤为严重。

　　图4所示为仪表放大器器件级应用正确的通用滤波方法。实际上，该电路中的仪表放大器可以采用各种器件中的任何一种。仪表放大器之前相对复杂的平衡RC滤波器可以处理所有的高频滤波。仪表放大器可以通过其增益设置电阻，针对应用所需的增益进行编程(图中未显示)。

　　

 

　　图4：仪表放大器通用共模/差模RC EMI/RFI滤波器

　　注意，在滤波器中，共模(R1-C1和R2-C2)和差模(DM)信号(R1+R2，以及C3 || 串联的C1-C2)均受到完全平衡的滤波。如果R1-R2和C1-C2匹配不佳，VIN的部分输入共模信号就会转换为仪表放大器输入端的差模信号。因此，C1和C2相互间至少有5%匹配。R1和R2应为1%金属薄膜电阻，以利于匹配。假定从VIN端获得的源阻抗相对R1-R2较低，且能够匹配。在这种滤波器中，所选的C3应远大于C1或C2(C3≥C1、C2)，以便抑制由于R1-C1和R2-C2时间常数不匹配引起共模(CM)-差模(DM)转换，从而导致的杂散差分信号。

　　整体滤波器带宽应至少为输入信号带宽的100倍。实际上，滤波器元件应对称安装在具有大面积接地层的PC电路板上，而且必须靠近仪表放大器输入端，以便实现最佳性能。

　　图5所示为该滤波器系列，适合各种不同的仪表放大器。RC元件应按照表中要求，根据不同的仪表放大器量身定制。选择这些滤波器元件是为了使低EMI/RFI灵敏度和低噪声增加量达到适度平衡(与无滤波器的相关仪表放大器相比)。

　　

 

　　图5：适用于AD620系列、AD623、AD627和其它仪表放大器的灵活共模和差模RC EMI/RFI滤波器

　　为了测试配置的EMI/RFI灵敏度，可以向输入电阻施加1 Vp-p的共模信号，如图所示。采用常用的仪表放大器(如AD620)，在增益为1000的条件下工作时，获得的最大RTI输入失调电压偏移在20 MHz范围内为1.5μV。在AD620滤波器示例中，差分带宽约为400 Hz。

　　共模扼流圈提供简单的单器件EMI/RFI保护，可以替代无源RC滤波器，如图6所示。

　　

 

　　图6：为简明起见，以及实现最低噪声EMI/RFI滤波操作，共模扼流圈适用于AD620系列仪表放大器

　　除了采用的元件数量较少以外，通过电阻的消除作用，基于扼流圈的滤波器还具有低噪声。但是，选择合适的共模扼流圈至关重要。图6所示电路中采用的扼流圈是Pulse Engineering B4001。从DC至20 MHz(G = 1000)测得的最大RTI失调偏移为4.5μV。可以采用现成的扼流圈(如B4001)，也可以另行制造。绕组的平衡非常重要，因此，建议采用双线绕组。当然，磁芯材料必须能够在预期频带内工作。注意，和图5中的RC滤波器系列不同，只采用扼流圈的滤波器无法提供差分滤波。通过增加图5所示的R1-C3-R2连接，可以在扼流圈后采用第二级设置选择增加差模滤波。