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作者：Amritraj Khattoi，TI公司 物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應用的設計者主要關(guān)注兩點(diǎn)：管理電源，最大限度地延長(cháng)電池壽命；確�？煽康牟僮�，防止各種電磁干擾（EMI）。物聯(lián)網(wǎng)革命將引領(lǐng)數十億電池和線(xiàn)路供電連接設備的部設，其中包括許多無(wú)線(xiàn)設備。所有這些設備都在爭奪同一頻率頻譜。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(xiàn)設備以來(lái)，電磁信號干擾已成為共享未許可頻譜的一個(gè)問(wèn)題，操作中的設備數量增加時(shí)，問(wèn)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(wú)線(xiàn)能力的終端設備由于它們之間的相互作用，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(wú)源紅外（PIR）傳感器和一氧化碳檢測器 創(chuàng )建無(wú)線(xiàn)感測節點(diǎn)的競爭為EMI測試帶來(lái)了一定程度的復雜性。系統設計人員需要仔細甄選部件來(lái)避免重新設計的昂貴成本，因為這可能在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的最后階段延遲上市時(shí)間。除在噪聲條件下工作，電池供電的連接設備還需要在不更換電池的情況下，安全可靠地運行數年。物聯(lián)網(wǎng)設備的電池壽命變化很大，從幾小時(shí)到幾年不等，具體取決于應用和其運行環(huán)境。這些IoT設備的設計人員必須選擇極低電流消耗的組件，以延長(cháng)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(cháng)電池壽命，并且內部免受EMI干擾。然而，這些設備并不包括在許多最近發(fā)布的運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，因為添加輸入EMI濾波器大大增加了輸入電容，這可能導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的布局和內部設計中采用了內部（專(zhuān)有）預防措施，使其盡可能對抗EMI。 為了驗證我們內置的EMI緩和技術(shù)的有效性，我們對比了LPV802和兩款市場(chǎng)上流行的不具備內部EMI保護的其他品牌同類(lèi)設備。在所有環(huán)境下，使用LPV802的電路表現出比使用同類(lèi)設備電路更好的EMI抗擾性。我們根據IEC 61000-4-3（電磁兼容性（EMC）——輻射測試條件）測試了所有三款設備的EMI耐受性。我們在80MHz至6GHz頻率下將被測設備（DUT）置于校準的射頻（RF）范圍，同時(shí)根據IEC 61000-4-3 EMC輻射規范監測DUT的故障。為了對比這三個(gè)設備，我們在相同的電路中同時(shí)將三個(gè)設備暴露于相同的EMC輻射中，并監測其輸出偏差。此外，為了測量常見(jiàn)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EMI電容器。 圖2所示為在標準62mil、雙層FR4電路板上構建的測試板，其兩側帶有接地層，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算放大器。另外一個(gè)測試板以接地參考配置構建，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(guò)1m長(cháng)的四個(gè)導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(cháng)的UTP CAT-5電纜將電池盒連接到控制室，并使用適當的EMI扼流圈，以將輸出電壓供給記錄系統。帶有錐體的兩個(gè)白盒為場(chǎng)傳感器，用于在測試期間監控電場(chǎng)。
圖3：IEC61000-4-3 EMC輻射測試的測試設置 圖4所示為IEC 61000-4-3規定的測試結果之一。在30V / m輻射水平，兩個(gè)同類(lèi)設備在140MHz時(shí)開(kāi)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(lèi)設備的電路，在針對不同輻射水平下進(jìn)行的所有規定測試都是這樣，特別是在100-200MHz范圍內進(jìn)行的測試。所有設備大多不受上頻率（> 400MHz）的影響。有關(guān)測試條件和結果的詳細信息，請參閱應用注釋“在氣體傳感器應用中對比LPV802與其他設備的EMI性能”。 輸出電壓（V） 頻率（MHz）
圖4：使用電容器進(jìn)行30V / m測試的結果 添加外部EMI輸入電容也有助于整體性能。我們建議在正常設計過(guò)程中將其添加。EMI保護不能完全消除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保護的設備，我們仍建議進(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，可以幫助設計人員構建具有更長(cháng)電池壽命并符合全球EMI規定的系統。這有助于降低維護成本，加快上市時(shí)間。也無(wú)需擔心在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)最后階段EMI出現故障而耗費巨資進(jìn)行重新設計。 其他信息 · 對于在不同條件下的完整測試結果，請參見(jiàn)應用注釋“精密電壓偏移：何時(shí)有效？” · 下載參考設計：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。 |
