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RFI滤波器电路

已有 1398 次阅读2012-1-30 17:18 |个人分类:模拟电路| 关键词:

       最实用解决方案是通过使用一个差分低通滤波器在仪表放大器前提供 RF 衰减滤波器。该滤波器
需要完成三项工作:尽可能多地从输入端去除 RF能量,保持每个输入端和地之间的 AC 信号平衡,
以及在测量带宽内保持足够高的输入阻抗以避免降低对输入信号源的带载能力。
图5-13示出一个用于多种差分RFI滤波器的基本单元电路。图中选用的元器件值适合 AD8221,
它的-3 dB带宽典型值为1 MHz和电压噪声典型值为 7 nV/√Hz。该滤波器除了提供对 RFI 抑制,还提
供附加的输入过载保护,因为电阻器 R1a 和 R1b 帮助把仪表放大器的输入电路与外部信号源隔离。
 
图 5-14 是一个 RFI 电路原理图。 它示出一个由电桥电路组成的滤波器,它的输出端接到该仪表放
大器的两个输入端。因为,C1a/R1a 和 C1b/R1b 时间常数的任何不匹配都会使电桥不平衡并且降低高
频共模抑制。所以,电阻器 R1a 和 R1b 以及电容器C1a 和 C1b 应当总是相等。
 

如图中所示,C2 跨接电桥输出端以便 C2 有效地与 C1a 和 C1b 的串联组合并联。这样连接,C2非常有效地减小了由于不匹配造成的任何 AC CMR误差。例如,如果 C2 比 C1 大 10 倍,那么能它将由于 C1a/C1b 不匹配造成的 CMR 误差降低 20 倍。注意,该滤波器不影响 DC CMR。
 
RFI 滤波器有两种不同的带宽:差分带宽和共模带宽。差分带宽定义为当差分输入信号施加到电路的两个输入端(+IN 和-IN)时滤波器的频率响应。RC 时间常数由两个阻值相等的输入电阻器(R1a,R1b)之和,以及与 C1a 和 C1b 的串联组合并联的差分电容器 C2 一起决定。

 
共模带宽定义为连接在一起的两个输入与地之间出现的共模 RF 信号。认识到 C2 不影响共模 RF
信号的带宽很重要,因为这个电容是连接在两个输入端之间(有助于使它们保持在相同的 RF 信号幅
度)。因此,共模带宽由两个 RC 网络(R1a/C1a 和R1b/C1b)对地的并联阻抗决定。


采用如图 5-13 的电路, C2 值为 0.01 μF, -3 dB差分信号带宽大约为 1,900 Hz。当工作在增益为 5
条件下,在 10 Hz~20 MHz 频率范围内电路测量到的 RTI DC 失调漂移小于 6 μV。当工作在单位增益
条件下,没有可测量的 DC 失调漂移。
 
RFI 滤波器应使用两面都有地线层的 PCB 制作。所有元器件引脚应尽可能短。输入滤波器的地应采用最直接的路径连接到放大器的地。避免在分开的 PCB 上或单独的外壳内制作滤波器和仪表放大器电路,因为这样额外的引线长度会产生一个环路天线。取而代之的是应当将这个滤波器置于仪表放大器自身的输入端。进一步的措施是采用无电感和无发热(低 TC)的优质电阻器。电阻器 R1 和R2 可以采用普通的 1%金属薄膜电阻器。但是,这三个电容器都需要采用高 Q 值、低损耗电容器。电容器C1a和C1b需要采用±5%允许误差的电容器以避免降低电路的 CMR。推荐采用传统的 5%镀银云 母电容,小型云母电容,或新型的 Panasonic 公司 ±2% PPS 薄膜电容器(Digi-key 公司产品型号PS1H102G-ND)。
 
下述通用规则会非常容易地设计 RC 输入滤波器。
1.  首先,确定两只串联电阻器的阻值,同时保证前面的电路可充分地驱动这个阻抗。这两只电阻
器的典型值在 2 kΩ 和 10 kΩ 之间,这两只电阻器产生的噪声不应当大于该仪表放大器本身的噪声。采
用一对 2 kΩ 电阻器,约翰逊噪声会增加 8 nV/√Hz;采用 4 kΩ 电阻器,会增加 11 nV/√Hz;采用 10kΩ电阻器,会增加 18 nV/√Hz。
2.  其次,为电容器 C2 选择合适的电容值,它确定滤波器的差分(信号)带宽。在保证不衰减输
入信号的条件下,这个电容值最好总是选择得尽可能低。10 倍于最高信号频率的差分带宽通常就足够
了。
3.  最后,选择电容器 C1a 和 C1b 的电容值,它们设置共模带宽。对于可接受的 AC CMR,其带宽
应当等于或小于由 C2 电容值设置的差分带宽的10%。共模带宽应当总是小于仪表放大器单位增益
带宽的 10%。 

以上只是通常情况下的RFI设计,对于一些特殊的仪表放大器,需要进行调整。例如用于微功耗仪表放大器,他们容易收RF整流的影响,可能更需要更具鲁棒性的滤波器。典型器件为AD627,他具有低输入级工作电流。简单地增加两个输入电阻器 R1a 和 R1b 的值或电容器 C2 的值,会以减小信号带宽为代价提供进一步的 RF 衰减。由于 AD627 仪表放大器具有比通用 IC(例如,AD620 系列器件)更高的噪声(38 nV/√Hz) ,所以可以使用较高的输入电阻器而不会严重降低电路的噪声性能。为了使用较高阻值的输入电阻器,我们对图 5-13 所示的基本 RC RFI 电路做了改进,如图5-16 所示。
 
滤波器的带宽大约为 200 Hz。在增益为 100 的条件下,1 Hz~20 MHz 输入范围内施加 1 V p-p 输
入信号,RTI 最大 DC 失调漂移大约为 400  μV。在相同增益条件下,该电路的 RF 信号抑制能力(输
出端的 RF 幅度/施加到输入端的 RF 幅度)优于 61 dB。

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