電子工程師設計中的難題及解決方案

　　EMI 是當今許多設計人員所面臨的一項重大挑戰(zhàn)。如果不能順利通過 EMI 測試，則將導致項目成本顯著增加和進度遲緩，因此高水平的工程師會在設計的早期尋求減低 EMI 的方法。因為開關穩(wěn)壓器具有高能量效率，所以越來越多人采用，對EMI 的影響也在加重。一種能有助于抑制與開關電源相關之 EMI 的簡單方式是采用一個多相擴頻時鐘。使用諸如 LTC6909 等器件至少能夠以三種方式提供幫助。首先，硅振蕩器 (例如：LTC6909)可用于將穩(wěn)壓器的開關頻率和最終的基本 EMI 頻率設定在某個敏感的頻段之外。其次，LTC6909 的多個輸出相位可用于在不同的相位對不同的穩(wěn)壓器進行開關操作，因而降低了會產(chǎn)生 EMI 的峰值開關電流。諸如 LTC6909 等產(chǎn)品所提供的第三種改善是運用擴頻調(diào)頻技術 (SSFM)將開關電流散布于時域之中。此項技術不允許輻射能量在任何接收器的頻段內(nèi)長時間地停留，從而改善了 EMI。

　　低噪聲電路設計

　　噪聲是高準確度系統(tǒng)的大敵。同時，它也是一個涉及范圍很大的話題。這里我并不打算詳細地闡述這一話題，而是就電子電路中的噪聲舉三個例子，并說明新產(chǎn)品是如何能夠有助于盡量抑制這些噪聲。如需全面了解電壓噪聲、電流噪聲、電阻器噪聲及其在放大器電路中的關系，請登錄凌力爾特公司的網(wǎng)站查閱設計要點 355 (Design Note 355)。

　　1. 高速數(shù)據(jù)轉換電路中的放大器噪聲

　　在模數(shù)轉換電路中，假如選擇了一個具有足夠高分辨率的 ADC，則量化噪聲將不再是主導因素。設計人員因而可把其注意力轉移至其他的噪聲源，包括放大器噪聲、電壓基準噪聲和時鐘相位噪聲等，所有這些噪聲源均會限制總體系統(tǒng)準確度。當選擇放大器時，頻率范圍是重要因素。在 1/f 噪聲轉折頻率以上，寬帶電壓噪聲以 nV/√Hz 為度量單位。帶寬越寬，則噪聲越大，因此利用無源或低噪聲有源濾波器對信號實施濾波處理是低噪聲設計的一個重要組成部分。實際上說來，放大器的噪聲設定了最小可分辨信號，而失真則決定了可以準確測量的最大信號幅度。噪聲與失真一起確定了動態(tài)范圍。所以，對于高分辨率 ADC 應用而言，選擇一款低噪聲和低失真的 ADC 驅(qū)動器至關緊要。LTC6409 就是這樣的一個產(chǎn)品實例，該器件具有 1.1nV/√Hz 的寬帶電壓噪聲。再加上在 100MHz 的 88dB 無寄生動態(tài)范圍SFDR，可提供適合高速 14 位 ADC 的寬動態(tài)范圍驅(qū)動能力。例如：當以一個 150Msps 的采樣速率向 14 位 LTC2262-14 提供一個 DC 耦合單端 70MHz 驅(qū)動輸入時，所產(chǎn)生的 SNR 和 SFDR 分別為 71.1dB 和 81.6dB。

　　2. 電壓基準噪聲

　　在儀表系統(tǒng)中，分辨率和準確度方面的限制因素常常是電壓基準穩(wěn)定性和噪聲。近來，有兩個因素使電壓基準噪聲變得更加重要了。第一個因素是系統(tǒng)電源電壓呈日漸降低之勢。在較低的工作電壓條件下，噪聲層變得更為明顯。第二個因素是，隨著具有高初始準確度和低漂移特性的新型基準面市、以及系統(tǒng)設計人員能夠更加容易地對系統(tǒng)因素進行校準，基準穩(wěn)定性問題已經(jīng)變得不那么棘手了。然而，噪聲是無法予以校準的。為了幫助設計人員滿足那些采用較低電源電壓系統(tǒng)的苛刻要求，凌力爾特公司推出了具無與倫比的 0.25ppm 峰至峰噪聲水平的 LT6655。LT6655 可提供 7 種輸出電壓選項 (從 1.25V 至 5V)，是儀表及測試設備所需的高分辨率 ADC 和 DAC 的理想同伴芯片。該器件的寬工作溫度范圍和卓越的穩(wěn)定性使其成為汽車及其他嚴酷環(huán)境中的絕佳選擇。

　　3. 電機控制電流測量中的共模噪聲

　　用于閉環(huán) PWM控制的準確電流測量 (例如：監(jiān)視 H 橋電機所需的電流測量)是一項極具挑戰(zhàn)性的工作。人們優(yōu)選的方法通常是采用一個與電機相串聯(lián)的并聯(lián)電阻器。當開關斷開和閉合時，共模電壓會非常突然地從一個電平變至另一個電平，并伴隨有由于流過電機的電流發(fā)生變化所導致的大反饋電壓(L di/dt)，因而使情況更加復雜。應對這種共模噪聲的方法之一是對電流測量進行同步處理，以使測量在電路實現(xiàn)穩(wěn)定之后進行。但在實際操作中這種做法會很難實施。諸如 LT1999 等新產(chǎn)品簡化了這一測量難題。LT1999 具有一個 96dB (在 DC) 和 80dB (在 100kHz)的輸入共模抑制比。其階躍響應為 1μs，而帶寬為 2MHz。這款器件專為嚴苛環(huán)境而設計，擁有高 ESD 耐受能力、低 EMI 敏感性和一個 -55°C 至 150°C 的規(guī)定工作溫度范圍，從而使其非常適合于汽車及工業(yè)應用。

　　放大電路

　　運算放大器是極為通用的單元式部件，可用于信號的放大和調(diào)理。但是，由于我們生活在現(xiàn)實世界之中，因此并不存在諸如“理想運算放大器”之類的東西。設計人員必須了解其設計目標，并選擇一款具有期望規(guī)格組合(使其能夠滿足這些目標)的放大器。對于很多應用而言，一個重要的發(fā)展趨勢就是“以更少組件處理更多工作”。在電子系統(tǒng)中，這通常意味著比先前產(chǎn)品更快的速度、更高的準確度和更低的功耗。LTC6252 / 3 / 4、LTC624 / 5 / 6 和 LTC6255 / 6 / 7 系列運算放大器提供了一種新的速度-功率效率水平，并保持了低噪聲和高準確度。這些產(chǎn)品運用了一種先進的 SiGe 工藝，以實現(xiàn)以下的優(yōu)異性能：LTC6252 具有 20MHz GBW 和僅 3.5mA 的消耗電流，LTC6246 擁有 180MHz 帶寬且消耗電流僅為 1mA，而 LTC6255 則具備 6.5MHz GBW 和區(qū)區(qū) 65μA 的消耗電流。這些產(chǎn)品還可提供纖巧型封裝，并在 -40°C 至 125°C 的溫度范圍內(nèi)擁有絕佳的 AC 和 DC 規(guī)格指標，從而使設計人員能夠以低功耗來實現(xiàn)優(yōu)越的性能。