發布日期：2022-04-28 點擊率：64
物聯網（IoT）應用的設計者有兩個主要關注點：管理電源以最大限度地延長電池壽命，并確保可靠的操作防止各種電磁干擾（EMI）。物聯網革命將導致部設數十億電池和線路供電的連接設備，其中包括許多無線設備。所有這些設備都在爭奪同一頻率頻譜。這將產生越來越嘈雜的環境，其中電磁波從多個源輻射。自從引入無線設備以來，電磁信號的干擾已成為共享的未許可頻譜的問題，但當操作中的設備的數量增加時，問題的重要性也隨之增加。諸如煙霧探測器、有毒氣體傳感器和PIR傳感器等具有無線能力的終端設備由于它們彼此相互作用，因此需要進行額外的輻射EMI測試，如圖1所示。
圖1：帶有電磁波的無源紅外（PIR）傳感器和一氧化碳檢測器
創建無線感測節點的競爭為EMI測試帶來了一定程度的復雜性。系統設計人員需要仔細甄選部件，以避免重新設計的昂貴成本，這可能在產品開發的最后階段延遲上市時間。除在噪聲條件下工作，電池供電的連接設備還需要可靠地操作多年而無需更換電池。物聯網設備的電池壽命變化很大，從幾小時到幾年不等，具體取決于應用和其操作環境。這些IoT設備的設計人員必須選擇消耗極低電流的組件，以延長工作壽命并提供EMI抗擾性。
TI的LPV811系列納米功率放大器消耗低至320nA的靜態電流，以最大限度延長電池壽命，并內部保護免受EMI。然而，這些設備并不包括在許多最近發布的運算放大器上所看到的全輸入EMI濾波器。我們在TI有意為之，因為添加輸入EMI濾波器大大增加了輸入電容，這可能導致具有大反饋電阻值和源阻抗的亞微安電路中的峰值。相反，我們在LPV801、LPV802、LPV811和LPV812的布局和內部設計中采用了內部（專有）預防措施，使其盡可能對抗EMI。
為了驗證我們內置的EMI緩和技術的有效性，我們對比了LPV802和不具備內部EMI保護的兩個流行的競爭設備。在所有條件下，使用LPV802的電路表現出比使用競爭設備的電路更好的EMI抗擾性。我們根據IEC 61000-4-3（電磁兼容性（EMC）——輻射測試條件）測試了所有三個設備的EMI耐受性。我們在80MHz至6GHz頻率下將被測設備（DUT）置于校準的射頻（RF）范圍，同時根據IEC 61000-4-3 EMC輻射規范監測DUT的故障。為了對比這三個設備，我們在相同的電路中同時將所有三個設備暴露于相同的EMC輻射。并監測其輸出偏差。此外，為了測量常見EMI濾波技術的有效性，我們測試了兩組電路板，一組電路板增加了外部輸入EMI電容器；另一組電路板未裝設EMI電容器。
圖2所示為在標準62mil、雙層FR4電路板上構建的測試板，其兩側帶有接地層，以測試EMI性能。四針連接器可快速更換電路板。插接傳感器引腳可更容易地移除傳感器。
圖2：帶傳感器的測試板
圖3所示為腔中的測試裝置。有四個測試板測試EMI性能。三個測試板具有相同電路，其上安裝有不同的運算放大器。另外一個測試板以接地參考配置構建，但未在測試中使用。我們將四個測試板中的每一個通過1m長的四個導體屏蔽電纜連接到中心電池盒（2個AA電池）。電纜兩端都有EMI扼流圈。我們通過15米長的UTP CAT-5電纜將電池盒連接到控制室，并使用適當的EMI扼流圈，以將輸出電壓供給測井系統。帶有錐體的兩個白盒為用于在測試期間監控電場的場傳感器。
圖3：IEC61000-4-3 EMC輻射測試的測試設置
圖4所示為IEC 61000-4-3規定的測試結果之一。在30V / m輻射水平，兩個競爭設備在140MHz時開始減弱，而LPV802保持到100MHz。一般來說，使用LPV802的電路的EMI性能優于使用競爭設備，這針對不同輻射水平下進行的所有規定測試，特別是在100-200MHz范圍內進行的測試。所有設備大多不受上（> 400MHz）頻率的影響。有關測試條件和結果的詳細信息，請參閱應用注釋“在氣體傳感器應用中對比LPV802與其他設備的EMI性能”。
圖4：使用電容器進行30V / m測試的結果
添加外部EMI輸入電容也有助于整體性能。我建議在正常設計過程中將其添加。EMI保護不能完全消除EMI的影響，但它確實有助于降低影響。
添加外濾可進一步降低影響。即使使用受EMI保護的設備，我仍建議進行外部濾波。
使用諸如消耗納安培靜態電流及抗EMI的LPV801、LPV802、LPV811和LPV812的部件，可以幫助設計人員構建具有更長電池壽命并符合全球EMI規定的系統。這有助于降低維護成本，提高上市時間。此外，若在產品開發最后階段EMI出現故障，也無需耗費巨資進行重新設計。
其他信息
對于在不同條件下的完整測試結果，請參見應用注釋“精密電壓偏移：何時有效？”
下載LPV801、LPV802、LPV811和LPV812數據手冊，了解有關每個設備的具體功能的更多信息。
下載微功率電化學氣體傳感器放大器參考設計。
下載參考設計：支持10年扣式電池壽命的低功耗無線PIR運動檢測器參考設計。
下載參考設計：具有10年以上扣式電池電池壽命的低功耗一氧化碳傳感器。
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