放大電路普及:射頻幹擾整流誤差電路設計
發布時間:2014-12-21 責任編輯:echolady
【導讀】對於信號傳輸線路較長且信號強度較低的情況,必須處理射頻ganrao,youqizaiyibiaofangdaqidedianxingyingyongzhong,tanengcongjiaoqianggongmozaoshengheganraozhongtiqujiaoruodechafenxinhao。xiamianfenxiangjigefangdaqizhongshepinganraozhengliuwuchadianlu。
yougeqianzaiwentiquewangwangbeihushi,jiyibiaofangdaqizhongcunzaideshepinzhengliuwenti。dangcunzaiqiangshepinganraoshi,jichengdianlukenengduiganraojinxingzhengliu,ranhouyizhiliushuchushitiaowu 差cha表biao現xian出chu來lai。儀yi表biao放fang大da器qi輸shu入ru端duan的de共gong模mo信xin號hao通tong常chang被bei其qi共gong模mo抑yi製zhi的de性xing能neng衰shuai減jian了le。射she頻pin整zheng流liu仍reng然ran會hui發fa生sheng,因yin為wei即ji使shi最zui好hao的de儀yi表biao放fang大da器qi在zai信xin號hao頻pin率lv高gao於yu20 kHz時(shi),實(shi)際(ji)上(shang)也(ye)不(bu)能(neng)抑(yi)製(zhi)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)。放(fang)大(da)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)級(ji)可(ke)能(neng)對(dui)強(qiang)射(she)頻(pin)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)整(zheng)流(liu),然(ran)後(hou)以(yi)直(zhi)流(liu)失(shi)調(tiao)誤(wu)差(cha)表(biao)現(xian)出(chu)來(lai)。一(yi)旦(dan)經(jing)過(guo)整(zheng)流(liu)後(hou),在(zai)儀(yi)表(biao)放(fang)大(da)器(qi)輸(shu)出(chu)端(duan)的(de)低(di)通(tong) 濾波器將無法消除這種誤差。如果射頻幹擾為間歇性,那麼它會導致無法被覺察到的測量誤差。
設計實用的射頻幹擾濾波器
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;並在整個測量帶寬內維持足夠高的輸入阻抗,以避免增加信號源的負載。
圖1是多種差分射頻幹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 用於防止射頻幹擾整流誤差的低通濾波器電路
1MHz,典型電壓噪聲電平為7 nVQQ截圖20141204111321.jpg。除抑製射頻幹擾之外,該濾波器同時具有輸入過載保護功能。因為電阻R1a和R1b有助於隔離儀表放大器輸入電路與外部信號源。圖2是該抗射頻幹擾電路的簡化圖。從圖中可見,濾波器形成一個橋接電路,其輸出跨接於儀表放大器的輸入引腳間。鑒於這種連接方法,C1a/R1a與 C1b /R1b兩個時間常數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製性能。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,並能有效降低因元件不匹配引起的交流共模抑製誤差
如圖所示,C2跨接於電橋的輸出端,從而使得C2實際上與C1a和C1b構成的串聯組合呈並聯關係。這樣連接後,C2能有效降低因不匹配導致的任何交 流共模抑製誤差。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製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製。[page]
適用於AD620係列儀表放大器的射頻幹擾抑製電路
圖3是針對通用型儀表放大器(如AD620係列)的電路,與AD8221係列相比,這類儀表放大器的噪聲電平較高(12 nVHz)、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0.047 F,以便提供足夠的射頻衰減。采用圖中所示值時,電路的–3 dB帶寬約為400Hz;通過將R1和R2的電阻值降至2.2 k ,可將帶寬提高到760 Hz。需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi),增(zeng)加(jia)帶(dai)寬(kuan)是(shi)要(yao)付(fu)出(chu)代(dai)價(jia)的(de),要(yao)求(qiu)儀(yi)表(biao)放(fang)大(da)器(qi)前(qian)麵(mian)的(de)電(dian)路(lu)驅(qu)動(dong)的(de)阻(zu)抗(kang)載(zai)荷(he)較(jiao)低(di),因(yin)此(ci)會(hui)在(zai)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)上(shang)降(jiang)低(di)輸(shu)入(ru)過(guo)載(zai)保(bao)護(hu)性(xing)能(neng)。

圖3 用於AD620係列儀表放大器的射頻幹擾抑製電路
用於微功耗儀表放大器的射頻幹擾抑製電路有些儀表放大器比其它放大器更容易發生射頻整流,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。增加兩隻電阻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。由於AD627儀表放大器與通用型集成 電路(如AD620係列器件)相比,具有更高的噪聲(38nV Hz),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抗射頻幹擾電路進行了修改,采用電阻值更高的輸入電阻。

圖4 用於AD627的射頻幹擾抑製電路
濾波器帶寬約為200 Hz。當增益為100、輸入為1V p-p時,最大直流失調電壓在1 Hz至20 MHz頻率範圍內約為400 VRTI。增益不變時,電路的射頻信號抑製(輸出端射頻電平/輸入端射頻電平)將優於61 dB。用於AD623儀表放大器的射頻幹擾濾波器
圖5顯示的是建議與AD623儀表放大器搭配使用的抗射頻幹擾電路。由於這種器件與AD627相比,較難受到射頻幹擾的影響,因此可將輸入電阻的值從20 k 降至10 k ,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,最大直流失調電壓小於1 V RTI。增益不變時,電路的射頻信號抑製優於74 dB。

圖5 AD623射頻幹擾抑製電路
AD8225射頻幹擾濾波器電路
圖6顯示的是針對這種儀表放大器的推薦射頻幹擾濾波器。AD8225儀表放大器增益固定為5,且較AD8221更易受射頻幹擾的影響。如不采用射頻幹 擾濾波器,當輸入2 Vp-p、10 Hz至19 MHz正弦波時,這種儀表放大器測得的直流失調電壓約為16 mV RTI。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10 k 代替4 k 。由於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,則直流失調電壓誤差可忽略。

圖6 AD8225射頻幹擾濾波器電路
使用共模射頻扼流圈做儀表放大器射頻幹擾濾波器作為RC輸入濾波器的替代方案,可在儀表放大器的前麵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liang個ge輸shu入ru端duan的de任ren何he共gong模mo輸shu入ru射she頻pin信xin號hao都dou會hui被bei扼e流liu圈quan衰shuai減jian。共gong模mo扼e流liu圈quan以yi少shao量liang元yuan件jian提ti供gong了le一yi種zhong簡jian單dan的de射she頻pin幹gan擾rao抑yi製zhi方fang式shi,同tong時shi獲huo得de了le更geng寬kuan的de信xin號hao通tong帶dai,但dan這zhe種zhong方fang法fa的de有you 效性取決於所用共模扼流圈的質量,最好選用內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射頻幹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1 V p-p共模正弦波時,圖7所示電路可使直流失調電壓降至低於4.5 V RTI 的水平。高頻共模抑製比也大幅降低,如表I所示。

圖7 使用商用共模射頻扼流圈抑製射頻幹擾
由於有些儀表放大器比其它放大器較易受射頻幹擾影響,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。射頻幹擾測試
圖8xianshideshiyizhongyongyushepinganraoyizhiceshidedianxingshezhi。ruoyaoceshizhexiedianludeshepinganraoyizhiqingkuang,qingyongjiduandeyinxianjianglianggeshuruduanlianjieqilai。yongyitiao50 端接電纜將優質正弦波發生器連接到該輸入端。

圖8 用於儀表放大器射頻幹擾抑製測量的典型設置
拿一個示波器,調節正弦波發生器以使發生器端的輸出為1 V p-p。將儀表放大器設置為高增益(如100)。直流失調電壓可用一個數字電壓表(DVM)直接在儀表放大器的輸出端讀取。若要測量高頻共模抑製,將示波 器通過補償過的探頭與儀表放大器輸出端相連,並測量對輸入頻率的峰-峰值輸出電壓(即饋通)。當計算對頻率的共模抑製比時,務必考慮輸入端接 (VIN/2)以及儀表放大器增益。相關閱讀:
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