在家中感到安全、舒適和有保障是所有家庭所必需的;如今，這一需求通過(guò)安裝家庭報(bào)警系統(tǒng)得到了滿足。隨著家庭安防系統(tǒng)的發(fā)展，即使主人不在家，都能通過(guò)接收 SMS(短消息服務(wù))獲悉家中是否發(fā)生了意外事件。但是家庭報(bào)警系統(tǒng)帶來(lái)了放心也帶來(lái)了煩惱：要知道沒(méi)有人希望總受到假警報(bào)的干擾。報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)該符合電子設(shè)備必須滿足的某些抗干擾標(biāo)準(zhǔn)，事實(shí)上，在內(nèi)置 GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))模塊的系統(tǒng)中，各種傳感器信號(hào)更易受到干擾。為了幫助設(shè)計(jì)抗干擾性更強(qiáng)的系統(tǒng)，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)了增強(qiáng)版用于報(bào)警和其他系統(tǒng)中調(diào)節(jié)傳感器信號(hào)的抗 EMI(電磁干擾)運(yùn)算放大器。

　　報(bào)警系統(tǒng)概述

　　圖1是家庭報(bào)警系統(tǒng)的框圖，其中包含傳感器(可以是有線或無(wú)線傳感器)、微控制器、GSM模塊和電源管理系統(tǒng)?？梢允褂玫母黝悅鞲衅靼ǎ河糜谔綔y(cè)人的移動(dòng)的 PIR(熱電紅外)傳感器、門(mén)窗保護(hù)傳感器、氣體探測(cè)傳感器、溫度傳感器和煙霧傳感器。如框圖所示，系統(tǒng)可以從 USB 端口或電池供電，即具有極低功耗，從而最大限度延長(zhǎng)了電池的使用壽命。系統(tǒng)中各區(qū)塊需要不同的電壓軌，通過(guò)使用 LM3668 降壓-升壓直流/直流轉(zhuǎn)換器和超低噪聲LDO芯片 LP5900即可 實(shí)現(xiàn)，兩款芯片都非常適合便攜式應(yīng)用。

　　為了監(jiān)控溫度，可以使用模擬溫度傳感器 LM94022。其低工作電流(典型值 5.4 μA)和 1.5V 的低供電電壓都使其非常適合于低功耗的系統(tǒng)。

　　PIR 信號(hào)調(diào)節(jié)

　　下面將詳細(xì)介紹用于探測(cè)人體熱量的熱電紅外傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)電路。熱電紅外傳感器的輸出電壓是感應(yīng)到的紅外射線的函數(shù)，其常規(guī)幅度從 0.5mV 到 1mV，頻率由 0.02Hz 至 16Hz。圖 2 顯示用于調(diào)節(jié)傳感器信號(hào)的電路，LPV521 中的兩級(jí)提供了放大和帶通濾波器功能。如 Bode 增益曲線所示，4Hz 時(shí)其放大倍數(shù)約為 2000 ，0.6 Hz 和 8 Hz 時(shí)的截止頻率為 3 dB。LPV521 是用于構(gòu)建有源濾波器的運(yùn)算放大器，它是適合超長(zhǎng)電池壽命的毫微功率級(jí) 552 nW 放大器。1.6V 到 5.5V 的工作電壓范圍，典型的 351 nA 電源電流，使其非常適合于遠(yuǎn)程傳感器毫微功率應(yīng)用。LPV521 具有設(shè)計(jì)精密的 CMOS 輸入級(jí)，在 -40℃ 至 125℃ 的溫度范圍中遠(yuǎn)勝于同類器件的 50 pA 最大輸入偏流，更提供了軌對(duì)軌輸入輸出性能。LPV521 是 PowerWise® 系列產(chǎn)品的成員，具有優(yōu)異的性能功率比。

　　R2 是負(fù)載電阻器，其值參見(jiàn) PIR 傳感器數(shù)據(jù)表，它主要用于將傳感器輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓。

　　抗電磁干擾運(yùn)算放大器如何工作

　　為了確保最大限度抑制錯(cuò)誤警報(bào)，通常在一個(gè)報(bào)警系統(tǒng)中會(huì)集成廣泛的電磁干擾濾除功能。在信號(hào)路徑中，對(duì)電磁干擾最敏感的部分是傳感器和運(yùn)算放大器之間的接口。在這部分中，信號(hào)是具有超低振幅的模擬信號(hào)，長(zhǎng)電纜線使其更易受到干擾。運(yùn)算放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 之間的接口的靈敏性較低，因?yàn)樾盘?hào)經(jīng)過(guò)放大具有更高的振幅，線纜通常也更短。

　　由于關(guān)鍵點(diǎn)在傳感器和運(yùn)算放大器之間的接口，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體推出了集成電磁干擾 (EMI) 濾波器的產(chǎn)品，通過(guò)降低射頻 (RF) 干擾來(lái)確保模擬系統(tǒng)的精確度。

　　為了幫助識(shí)別抗電磁干擾運(yùn)算放大器，數(shù)據(jù)表中需要使用新參數(shù)來(lái)量化運(yùn)算放大器的抗電磁干擾性能。此量化指標(biāo)顯示了運(yùn)算放大器抑制電磁干擾的能力，從而根據(jù)抗電磁干擾的能力和芯片性能對(duì)運(yùn)算放大器進(jìn)行比較和排名。與 CMRR 相似，電磁干擾抑制比 (EMIRR) 是實(shí)際中的射頻信號(hào)變化與偏移電壓變化比。

　　EMIRR 定義為：

　　其中，Vrf_peak 是實(shí)際的未調(diào)制信號(hào)振幅，△ Vos 是產(chǎn)生的輸入?yún)⒖计齐妷鹤兓怠?/p>

　　隨著無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膹V泛應(yīng)用，手機(jī)、藍(lán)牙模塊和其他計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備的出現(xiàn)，讓電磁干擾成為在眾多應(yīng)用領(lǐng)域日益受到關(guān)注的問(wèn)題?？闺姶鸥蓴_運(yùn)算放大器使用片上濾波器抑制無(wú)用信號(hào)，例如放大器輸入端的射頻注入信號(hào)，從而阻止高頻噪聲在放大器中的傳播，避免其傳入電路。集成的電磁干擾濾波器提供了眾多優(yōu)勢(shì)：有助于保證信號(hào)完整度，節(jié)省了印刷電路板的空間且無(wú)需外部濾波，節(jié)省了相應(yīng)的附加成本。

　　煙霧傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)

　　圖3給出了另一個(gè)具有煙霧傳感器接口的抗電磁干擾傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)范例。一個(gè)光學(xué)煙霧傳感器由LED、透鏡和光電二極管組成，當(dāng)煙霧存在時(shí)，燈光不再以直線路徑傳播，而是按照煙霧的特性和濃度進(jìn)行散射。當(dāng)路徑發(fā)生偏離后，燈光傳至對(duì)光線敏感的光電二極管，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)比例的電流。然后，此電流通過(guò) LMV831 中的互阻抗放大器配置轉(zhuǎn)換為電壓。此運(yùn)算放大器具有 CMOS 輸入和低功耗特性，提供低輸入偏置電流、-40°C 至 +125°C 的寬溫度范圍和優(yōu)異的性能，令其成為堅(jiān)固的通用零件。此外，其抗電磁干擾能力最大限度降低了干擾，因此適合于EMI敏感型應(yīng)用。

　　圖4給出了 EMIRR 與 LMV831 和不具抗電磁干擾功能的標(biāo)準(zhǔn)放大器的頻率比較。關(guān)于電磁干擾測(cè)量值的詳細(xì)說(shuō)明請(qǐng)參見(jiàn)應(yīng)用指南 AN1698。對(duì)于不同的精確度、速率或功耗要求的產(chǎn)品，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體提供了可用于設(shè)計(jì)更穩(wěn)固系統(tǒng)的多種抗電磁干擾運(yùn)算放大器，包括 LMP2021/22(單路/雙路)、LMV861/62、LMV851/52/5(單路/雙路/四 路)和 LMV831/32/34。

　　總結(jié)

　　蜂窩、藍(lán)牙和 Wi-Fi 信號(hào)無(wú)處不在，集成無(wú)線電的感應(yīng)系統(tǒng)也得到廣泛應(yīng)用，這使電磁干擾 (EMI) 日漸成為在進(jìn)行精確信號(hào)路徑設(shè)計(jì)時(shí)需考量的重要因素。雖然射頻信號(hào)在運(yùn)算放大器的波段以外，但射頻載波開(kāi)關(guān)可以調(diào)節(jié)運(yùn)算放大器的直流偏移。增加的偏移電壓被相應(yīng)信號(hào)放大，因此改變測(cè)量值，從而導(dǎo)致觸發(fā)錯(cuò)誤警報(bào)?？闺姶鸥蓴_運(yùn)算放大器使用片上濾波器抑制輸入端和電源引腳上產(chǎn)生的多余射頻信號(hào)，從而保證精確信號(hào)路徑完好。