放大器中射頻干擾整流誤差電路盤點(diǎn)

　　在實(shí)際應(yīng)用中，必須處理日益增多的射頻干擾(RFI)，對(duì)于信號(hào)傳輸線路較長(zhǎng)且信號(hào)強(qiáng)度較低的情況尤其如此，而儀表放大器的典型應(yīng)用就是這種情況， 因?yàn)槠鋬?nèi)在的共模抑制能力，它能從較強(qiáng)共模噪聲和干擾中提取較弱的差分信號(hào)。但有個(gè)潛在問(wèn)題卻往往被忽視，即儀表放大器中存在的射頻整流問(wèn)題。當(dāng)存在強(qiáng)射 頻干擾時(shí)，集成電路可能對(duì)干擾進(jìn)行整流，然后以直流輸出失調(diào)誤差表現(xiàn)出來(lái)。儀表放大器輸入端的共模信號(hào)通常被其共模抑制的性能衰減了。射頻整流仍然會(huì)發(fā) 生，因?yàn)榧词棺詈玫膬x表放大器在信號(hào)頻率高于20 kHz時(shí)，實(shí)際上也不能抑制共模噪聲。放大器的輸入級(jí)可能對(duì)強(qiáng)射頻信號(hào)進(jìn)行整流，然后以直流失調(diào)誤差表現(xiàn)出來(lái)。一旦經(jīng)過(guò)整流后，在儀表放大器輸出端的低通 濾波器將無(wú)法消除這種誤差。如果射頻干擾為間歇性，那么它會(huì)導(dǎo)致無(wú)法被覺(jué)察到的測(cè)量誤差。

　　設(shè)計(jì)實(shí)用的射頻干擾濾波器

　　解 決這一問(wèn)題的最實(shí)用方案是在儀表放大器之前 使用一個(gè)差分低通濾波器，以對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行衰減。該濾波器有三個(gè)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(hào)保持 平衡;并在整個(gè)測(cè)量帶寬內(nèi)維持足夠高的輸入阻抗，以避免增加信號(hào)源的負(fù)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(duì)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7 nV除抑制射頻干擾之外，該濾波器同時(shí)具有輸入過(guò)載保護(hù)功能。因?yàn)殡娮鑂1a和R1b有助于隔離儀表放大器輸入電路與外部信號(hào)源。

　　圖 2是該抗射頻干擾電路的簡(jiǎn)化圖。從圖中可見(jiàn)，濾波器形成一個(gè)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(gè)時(shí)間常數(shù)之間的任何不匹配都會(huì)導(dǎo)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(yīng)始終相等。

　　圖2 電容C2構(gòu)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(shí)際上與C1a和C1b構(gòu)成的串聯(lián)組合呈并聯(lián)關(guān)系。這樣連接后，C2能有效降低因不匹配導(dǎo)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(dǎo)致的共模抑制誤差降低至原來(lái)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(duì)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(12 nVHz)、帶寬較低。相應(yīng)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(dá)0.047 F，以便提供足夠的射頻衰減。采用圖中所示值時(shí)，電路的-3 dB帶寬約為400Hz;通過(guò)將R1和R2的電阻值降至2.2 k，可將帶寬提高到760 Hz.需要注意的是，增加帶寬是要付出代價(jià)的，要求儀表放大器前面的電路驅(qū)動(dòng)的阻抗載荷較低，因此會(huì)在一定程度上降低輸入過(guò)載保護(hù)性能。

　　圖3 用于AD620系列儀表放大器的射頻干擾抑制電路