【導(dǎo)讀】物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用的設(shè)計(jì)者有兩個(gè)主要關(guān)注點(diǎn)：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(lián)網(wǎng)革命將導(dǎo)致部設(shè)數(shù)十億電池和線路供電的連接設(shè)備，其中包括許多無線設(shè)備。所有這些設(shè)備都在爭奪同一頻率頻譜。這將產(chǎn)生越來越嘈雜的環(huán)境，其中電磁波從多個(gè)源輻射。自從引入無線設(shè)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(dāng)操作中的設(shè)備的數(shù)量增加時(shí)，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(shè)備由于它們彼此相互作用，因此需要進(jìn)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(chuàng)建無線感測節(jié)點(diǎn)的競爭為EMI測試帶來了一定程度的復(fù)雜性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要仔細(xì)甄選部件，以避免重新設(shè)計(jì)的昂貴成本，這可能在產(chǎn)品開發(fā)的最后階段延遲上市時(shí)間。除在噪聲條件下工作，電池供電的連接設(shè)備還需要可靠地操作多年而無需更換電池。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池壽命變化很大，從幾小時(shí)到幾年不等，具體取決于應(yīng)用和其操作環(huán)境。這些IoT設(shè)備的設(shè)計(jì)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(tài)電流，以最大限度延長電池壽命，并內(nèi)部保護(hù)免受EMI。然而，這些設(shè)備并不包括在許多最近發(fā)布的運(yùn)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?yàn)樘砑虞斎隕MI濾波器大大增加了輸入電容，這可能導(dǎo)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(nèi)部設(shè)計(jì)中采用了內(nèi)部（專有）預(yù)防措施，使其盡可能對抗EMI。
為了驗(yàn)證我們內(nèi)置的EMI緩和技術(shù)的有效性，我們對比了LPV802和不具備內(nèi)部EMI保護(hù)的兩個(gè)流行的競爭設(shè)備。在所有條件下，使用LPV802的電路表現(xiàn)出比使用競爭設(shè)備的電路更好的EMI抗擾性。我們根據(jù)IEC 61000-4-3（電磁兼容性（EMC）——輻射測試條件）測試了所有三個(gè)設(shè)備的EMI耐受性。我們在80MHz至6GHz頻率下將被測設(shè)備（DUT）置于校準(zhǔn)的射頻（RF）范圍，同時(shí)根據(jù)IEC 61000-4-3 EMC輻射規(guī)范監(jiān)測DUT的故障。為了對比這三個(gè)設(shè)備，我們在相同的電路中同時(shí)將所有三個(gè)設(shè)備暴露于相同的EMC輻射。并監(jiān)測其輸出偏差。此外，為了測量常見EMI濾波技術(shù)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(shè)EMI電容器。
圖2所示為在標(biāo)準(zhǔn)62mil、雙層FR4電路板上構(gòu)建的測試板，其兩側(cè)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(gè)測試板測試EMI性能。三個(gè)測試板具有相同電路，其上安裝有不同的運(yùn)算放大器。另外一個(gè)測試板以接地參考配置構(gòu)建，但未在測試中使用。我們將四個(gè)測試板中的每一個(gè)通過1m長的四個(gè)導(dǎo)體屏蔽電纜連接到中心電池盒（2個(gè)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(dāng)?shù)腅MI扼流圈，以將輸出電壓供給測井系統(tǒng)。帶有錐體的兩個(gè)白盒為用于在測試期間監(jiān)控電場的場傳感器。
圖3：IEC61000-4-3 EMC輻射測試的測試設(shè)置
圖4所示為IEC 61000-4-3規(guī)定的測試結(jié)果之一。在30V / m輻射水平，兩個(gè)競爭設(shè)備在140MHz時(shí)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(yōu)于使用競爭設(shè)備，這針對不同輻射水平下進(jìn)行的所有規(guī)定測試，特別是在100-200MHz范圍內(nèi)進(jìn)行的測試。所有設(shè)備大多不受上（> 400MHz）頻率的影響。有關(guān)測試條件和結(jié)果的詳細(xì)信息，請參閱應(yīng)用注釋“在氣體傳感器應(yīng)用中對比LPV802與其他設(shè)備的EMI性能”。
圖4：使用電容器進(jìn)行30V / m測試的結(jié)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(shè)計(jì)過程中將其添加。EMI保護(hù)不能完全消除EMI的影響，但它確實(shí)有助于降低影響。
添加外濾可進(jìn)一步降低影響。即使使用受EMI保護(hù)的設(shè)備，我仍建議進(jìn)行外部濾波。
使用諸如消耗納安培靜態(tài)電流及抗EMI的LPV801、LPV802、LPV811和LPV812的部件，可以幫助設(shè)計(jì)人員構(gòu)建具有更長電池壽命并符合全球EMI規(guī)定的系統(tǒng)。這有助于降低維護(hù)成本，提高上市時(shí)間。此外，若在產(chǎn)品開發(fā)最后階段EMI出現(xiàn)故障，也無需耗費(fèi)巨資進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。
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