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作者：Amritraj Khattoi，TI公司 物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用的設(shè)計(jì)者主要關(guān)注兩點(diǎn)：管理電源，最大限度地延長(zhǎng)電池壽命；確保可靠的操作，防止各種電磁干擾（EMI）。物聯(lián)網(wǎng)革命將引領(lǐng)數(shù)十億電池和線路供電連接設(shè)備的部設(shè)，其中包括許多無(wú)線設(shè)備。所有這些設(shè)備都在爭(zhēng)奪同一頻率頻譜。這將產(chǎn)生越來(lái)越嘈雜的環(huán)境，其中電磁波從多個(gè)輻射源產(chǎn)生輻射。自從引入無(wú)線設(shè)備以來(lái)，電磁信號(hào)干擾已成為共享未許可頻譜的一個(gè)問(wèn)題，操作中的設(shè)備數(shù)量增加時(shí)，問(wèn)題的重要性也隨之增加。諸如煙霧探測(cè)器、有毒氣體傳感器和PIR傳感器等具有無(wú)線能力的終端設(shè)備由于它們之間的相互作用，需要進(jìn)行額外的輻射EMI測(cè)試，如圖1所示。 
圖1：帶有電磁波的無(wú)源紅外（PIR）傳感器和一氧化碳檢測(cè)器 創(chuàng)建無(wú)線感測(cè)節(jié)點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)為EMI測(cè)試帶來(lái)了一定程度的復(fù)雜性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要仔細(xì)甄選部件來(lái)避免重新設(shè)計(jì)的昂貴成本，因?yàn)檫@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)備還需要在不更換電池的情況下，安全可靠地運(yùn)行數(shù)年。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)用和其運(yùn)行環(huán)境。這些IoT設(shè)備的設(shè)計(jì)人員必須選擇極低電流消耗的組件，以延長(zhǎng)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(zhǎng)電池壽命，并且內(nèi)部免受EMI干擾。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。我們這樣做是有原因的，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?cè)贚PV801、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(duì)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(duì)比了LPV802和兩款市場(chǎng)上流行的不具備內(nèi)部EMI保護(hù)的其他品牌同類設(shè)備。在所有環(huán)境下，使用LPV802的電路表現(xiàn)出比使用同類設(shè)備電路更好的EMI抗擾性。我們根據(jù)IEC 61000-4-3（電磁兼容性（EMC）——輻射測(cè)試條件）測(cè)試了所有三款設(shè)備的EMI耐受性。我們?cè)?0MHz至6GHz頻率下將被測(cè)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(cè)DUT的故障。為了對(duì)比這三個(gè)設(shè)備，我們?cè)谙嗤碾娐分型瑫r(shí)將三個(gè)設(shè)備暴露于相同的EMC輻射中，并監(jiān)測(cè)其輸出偏差。此外，為了測(cè)量常見EMI濾波技術(shù)的有效性，我們測(cè)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(cè)試板，其兩側(cè)帶有接地層，以測(cè)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(cè)試板 圖3所示為測(cè)試裝置。有四個(gè)測(cè)試板測(cè)試EMI性能。三個(gè)測(cè)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(cè)試板以接地參考配置構(gòu)建，但未在測(cè)試中使用。我們將四個(gè)測(cè)試板中的每一個(gè)通過(guò)1m長(zhǎng)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(guò)15米長(zhǎng)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，以將輸出電壓供給記錄系統(tǒng)。帶有錐體的兩個(gè)白盒為場(chǎng)傳感器，用于在測(cè)試期間監(jiān)控電場(chǎng)。
圖3：IEC61000-4-3 EMC輻射測(cè)試的測(cè)試設(shè)置 圖4所示為IEC 61000-4-3規(guī)定的測(cè)試結(jié)果之一。在30V / m輻射水平，兩個(gè)同類設(shè)備在140MHz時(shí)開始減弱，而LPV802保持到100MHz。一般來(lái)說(shuō)，使用LPV802的電路其EMI性能優(yōu)于使用其他品牌同類設(shè)備的電路，在針對(duì)不同輻射水平下進(jìn)行的所有規(guī)定測(cè)試都是這樣，特別是在100-200MHz范圍內(nèi)進(jìn)行的測(cè)試。所有設(shè)備大多不受上頻率（> 400MHz）的影響。有關(guān)測(cè)試條件和結(jié)果的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱應(yīng)用注釋“在氣體傳感器應(yīng)用中對(duì)比LPV802與其他設(shè)備的EMI性能”。 輸出電壓（V） 頻率（MHz）
圖4：使用電容器進(jìn)行30V / m測(cè)試的結(jié)果 添加外部EMI輸入電容也有助于整體性能。我們建議在正常設(shè)計(jì)過(guò)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，我們?nèi)越ㄗh進(jìn)行外部濾波。 使用諸如消耗納米安培靜態(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(zhǎng)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，加快上市時(shí)間。也無(wú)需擔(dān)心在產(chǎn)品開發(fā)最后階段EMI出現(xiàn)故障而耗費(fèi)巨資進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。 其他信息 · 對(duì)于在不同條件下的完整測(cè)試結(jié)果，請(qǐng)參見應(yīng)用注釋“精密電壓偏移：何時(shí)有效？” · 下載參考設(shè)計(jì)：支持10年扣式電池壽命的低功耗無(wú)線PIR運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器參考設(shè)計(jì)。 · 下載參考設(shè)計(jì)：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。 |
