RFI整流原理詳解一

輸入級(jí)RFI整流靈敏度

　　模擬集成電路中有一種眾所周知卻又了解不深的現(xiàn)象，即RFI整流，在運(yùn)算放大器和儀表放大器中尤為常見。放大極小信號(hào)時(shí)，這些器件可以對(duì)大幅度帶外HF信號(hào)進(jìn)行整流，即RFI。因此，除所需信號(hào)外，輸出端還會(huì)出現(xiàn)直流誤差。不需要的HF信號(hào)可以通過多種途徑進(jìn)入敏感模擬電路。引入和引出電路的導(dǎo)體為進(jìn)入電路的干擾耦合提供了通路。這些導(dǎo)體會(huì)通過容性、感性或輻射耦合拾取噪聲。雜散信號(hào)會(huì)和所需信號(hào)一起出現(xiàn)在放大器輸入端。雜散信號(hào)的幅度雖然可能只有幾十毫伏，但是也會(huì)產(chǎn)生一些問題。簡(jiǎn)言之，敏感低帶寬直流放大器未必總能抑制帶外雜散信號(hào)。對(duì)簡(jiǎn)單的線性低通濾波器而言，情況確實(shí)如此，而運(yùn)算放大器和儀表放大器實(shí)際上會(huì)對(duì)高電平HF信號(hào)進(jìn)行整流，從而導(dǎo)致非線性和異常失調(diào)。本指南將討論RFI整流的分析和預(yù)防方法。

　　背景知識(shí)：運(yùn)算放大器和儀表放大器RFI整流靈敏度測(cè)試

　　幾乎所有的儀表放大器和運(yùn)算放大器輸入級(jí)都采用某種類型的射極耦合BJT或源極耦合FET差分對(duì)。根據(jù)器件工作電流、干擾頻率及其相對(duì)幅度，這些差分對(duì)可以像高頻檢波器一樣工作。檢波過程會(huì)在干擾的諧波頻譜成分上產(chǎn)生噪聲，同樣也會(huì)在直流分量上產(chǎn)生噪聲！從干擾中檢測(cè)到的直流成分會(huì)轉(zhuǎn)換放大器偏置電平，導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確。

　　運(yùn)算放大器和儀表放大器中的RFI整流效果可以通過相對(duì)簡(jiǎn)單的測(cè)試電路來評(píng)估，如RFI整流測(cè)試配置中所述。在這些測(cè)試中，運(yùn)算放大器或儀表放大器增益配置為–100（運(yùn)算放大器）或100（儀表放大器），直流輸出在100 Hz低通濾波器后測(cè)量，以防來自其它信號(hào)的干擾。測(cè)試激勵(lì)選用100 MHz、20 mVp-p信號(hào)，遠(yuǎn)高于測(cè)試器件的頻率限制。操作時(shí)，測(cè)試可以評(píng)估存在激勵(lì)時(shí)觀察到的直流輸出偏移。該測(cè)量的理想直流偏移為零，給定器件的實(shí)際直流偏移表示相對(duì)RFI整流靈敏度。采用BJT和FET技術(shù)的器件都可以通過該方法來測(cè)試，因?yàn)檫@些器件在高低電源電流水平下都可以工作。

　　在原始運(yùn)算放大器測(cè)試中，有些FET輸入器件的輸出電壓不具有可觀察的偏移，而其它有些器件則表現(xiàn)出小于10 μV的偏移（折合到輸入端）。在BJT輸入運(yùn)算放大器中，偏移量會(huì)隨著器件電源電流的增加而減小。只有兩款器件不具有可觀察的輸出電壓偏移，其它器件的偏移則小于10 μV（折合至輸入端）?？上攵渌\(yùn)算放大器在接受此類測(cè)試時(shí)也會(huì)表

　　現(xiàn)出類似模式。

　　通過這些測(cè)試，可以概括出RFI整流的一些特點(diǎn)。首先，器件耐受性似乎與電源電流成反比，也就是說，在低靜態(tài)電源電流下偏置的器件具有最高的輸出電壓偏移。其次，具有FET輸入級(jí)的IC似乎比具有BJT的IC不易受整流影響。注意，無論是運(yùn)算放大器還是儀表放大器，這些特點(diǎn)都是獨(dú)立的。實(shí)際上，這意味著低功耗運(yùn)算放大器或儀表放大器更易受RFI整流影響。而且，F(xiàn)ET輸入運(yùn)算放大器（或儀表放大器）更不易受RFI整流的影響，在較高電流下工作時(shí)尤為如此。

　　根據(jù)上述數(shù)據(jù)和BJT與FET的基本差異，我們可以總結(jié)一下之前了解的內(nèi)容。雙極性晶體管效應(yīng)受正偏PN結(jié)（基極-發(fā)射極結(jié)）的控制，該結(jié)點(diǎn)的I-V特性具有指數(shù)特性和明顯的非線性。另一方面，F(xiàn)ET特性受施加到反向偏置PN結(jié)二極管上電壓的控制（柵極-源極結(jié)）。FET的I-V特性滿足平方律，因此，本身就比BJT更具有線性。

　　對(duì)低電源電流器件而言，電路中的晶體管經(jīng)過偏置后，電流遠(yuǎn)低于其峰值fT集電極電流。雖然IC構(gòu)建所用的工藝涉及的器件fT可達(dá)幾百M(fèi)Hz，但是晶體管在低電流水平下工作時(shí)，電荷躍遷時(shí)間會(huì)增加。采用的阻抗水平也使這些器件中的RFI整流變得更差。在低功耗運(yùn)算放大器中，阻抗約為幾百到幾千千歐，而在中等電源電流設(shè)計(jì)中，阻抗可能不超過幾千歐。在這些因素的共同作用下，低功耗器件的RFI整流特性變差。

　　圖1總結(jié)了關(guān)于RFI整流靈敏度的一般性觀察，運(yùn)算放大器和儀表放大器均適用。