對(duì)于電子器件和系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，電磁兼容（EMC）性能是一項(xiàng)重要指標(biāo)。特別是對(duì)于那些微弱信號(hào)以及復(fù)雜使用環(huán)境的場(chǎng)景，為保證系統(tǒng)正常工作，EMC的設(shè)計(jì)成為整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要一環(huán)。
EMC性能包括兩方面——EMI（電磁干擾）和EMS（電磁耐受）。EMI是指芯片本身產(chǎn)生的噪聲，也即是帶給外部的干擾；EMS是指芯片承受外部干擾的能力。作為最為常用的器件，運(yùn)算放大器及比較器的EMC性能同樣非常關(guān)鍵。
運(yùn)放如何獲得優(yōu)秀的EMC性能？設(shè)計(jì)過(guò)程中都有哪些技術(shù)手段來(lái)降低芯片的噪聲及提高抗干擾能力？日前，羅姆上海技術(shù)中心的FAE 朱莎勤深入介紹了羅姆在低噪聲運(yùn)放及抗EMI運(yùn)放領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù)及產(chǎn)品。
朱莎勤介紹，2020年度，羅姆的運(yùn)算放大器和比較器產(chǎn)品出貨量超過(guò)了5億枚，其中工業(yè)部分占12%，車載部分占25%。針對(duì)EMC性能的兩方面內(nèi)容，羅姆分別推出了針對(duì)性的產(chǎn)品。對(duì)于產(chǎn)品本身低EMI的需求，推出了以LMR1802為代表的超低噪聲運(yùn)放；針對(duì)抗外部EMI干擾的場(chǎng)景，推出了EMARMOURTM系列產(chǎn)品。
提高運(yùn)算放大器和比較器的EMC性能，主要通過(guò)哪些途徑？朱莎勤介紹，改善產(chǎn)品的EMC性能主要包括三個(gè)方面：電路設(shè)計(jì)、布局和工藝。
超低噪聲運(yùn)算放大器
運(yùn)算放大器內(nèi)部的噪聲來(lái)源主要包括兩方面：閃爍噪聲和熱噪聲。閃爍噪聲是由工藝結(jié)構(gòu)造成的，熱噪聲是由電路設(shè)計(jì)產(chǎn)生的。為了降低整體噪聲，羅姆通過(guò)改善工藝以及電路設(shè)計(jì)，使得這兩個(gè)方面的噪聲成分都得以降低，實(shí)現(xiàn)了整體上的超低噪聲。LMR1802就是羅姆超低噪聲運(yùn)放的代表產(chǎn)品。
在獲得領(lǐng)先業(yè)界的等效輸入噪聲電壓密度指標(biāo)的同時(shí)，LMR1802在易用性方面并未折扣，其輸入偏置電流、輸入失調(diào)電壓相比以往的產(chǎn)品大大降低。另外，通過(guò)提高相位裕度，確保了高穩(wěn)定性。
抗干擾運(yùn)算放大器EMARMOURTM系列
低噪聲運(yùn)算放大器主要針對(duì)高精度應(yīng)用場(chǎng)景，而在一些工作環(huán)境復(fù)雜，外部干擾較多的場(chǎng)景，除了自身產(chǎn)生的噪聲低，運(yùn)放抗外部干擾性能則至關(guān)重要。
EMARMOURTM系列產(chǎn)品是羅姆專門開(kāi)發(fā)的抗干擾系列產(chǎn)品，EMARMOURTM商標(biāo)僅用于在國(guó)際抗擾度評(píng)估測(cè)試中輸出電壓波動(dòng)非常小的抗干擾性能出色的產(chǎn)品。EM是電磁輻射的縮寫，ARMOUR是鎧甲的意思。意為羅姆開(kāi)發(fā)的運(yùn)算放大器，如同身披鎧甲一樣，免受外部噪聲干擾。
EMARMOURTM產(chǎn)品會(huì)給客戶帶來(lái)怎樣的幫助？朱莎勤介紹，首先，使用普通的運(yùn)放產(chǎn)品，在傳感器應(yīng)用中，輸入電壓是非常微弱的，普通產(chǎn)品由于抗干擾性能低，受到外部噪聲影響，從而發(fā)生誤動(dòng)作，導(dǎo)致系統(tǒng)異常工作。而使用EMARMOURTM系列產(chǎn)品，是不容易受到外部噪聲干擾的。第二，使用EMARMOURTM系列產(chǎn)品，由于出廠時(shí)抗噪能力強(qiáng)，能夠有效減輕降噪設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，從而可以幫助客戶減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)工時(shí)和設(shè)計(jì)成本，在整體交付周期較短的設(shè)計(jì)中，也可以做到快速響應(yīng)。第三，作為降低外部噪聲干擾的措施，普通運(yùn)放本身輸入、輸出端需要追加濾波器件，使用羅姆的EMARMOURTM系列產(chǎn)品，無(wú)需任何濾波對(duì)策就可以實(shí)現(xiàn)出色的降噪水平，可削減外圍元器件，有效節(jié)省客戶元器件成本以及布板面積成本。
那么，羅姆是如何提升抗EMI性能的呢？答案是通過(guò)全面優(yōu)化電路、布局和元件尺寸等，使抗EMI性能得到顯著提升。首先，通過(guò)在所需的位置嵌入多個(gè)新開(kāi)發(fā)的噪聲控制電路“RF-IA”，提高了抗干擾性能。其次，在有噪聲的線路周圍設(shè)置屏蔽結(jié)構(gòu)，同時(shí)改善布線干擾并調(diào)整內(nèi)部模擬內(nèi)核的阻抗。第三，著眼于寄生電容大時(shí)抗噪性能強(qiáng)的事實(shí)來(lái)選擇工藝和元件尺寸，以獲得更適合的寄生電容。
日前，羅姆開(kāi)發(fā)出了運(yùn)算放大器BD8758xYx-C系列，在4種國(guó)際抗干擾度測(cè)試中均實(shí)現(xiàn)非常出色的抗干擾性能。包括了 “電子輻射抗擾度測(cè)試 ISO 11452-2”、“BCI測(cè)試 ISO 11452-4”、“近距離輻射抗擾度測(cè)試 ISO 11452-9”、“DPI測(cè)試 IEC 62132-4”這4種國(guó)際通行的抗擾度評(píng)估測(cè)試。
BD8758xYx-C系列還具有另外一個(gè)特點(diǎn)，該系列產(chǎn)品配備了高精度的仿真模型，叫做“ROHM Real Model”的SPICE模型。這個(gè)模型相比傳統(tǒng)的SPICE模型，最大的優(yōu)勢(shì)就是仿真值與實(shí)際IC的值完全一致。“ROHM Real Model”是羅姆自有的建模技術(shù)，通過(guò)將晶體管電路整體實(shí)現(xiàn)的特性按功能進(jìn)行設(shè)計(jì)和重新組合，從而實(shí)現(xiàn)出色的特性再現(xiàn)性。
朱莎勤表示，ROHM將會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大新產(chǎn)品陣容，并且還會(huì)將高抗干擾技術(shù)應(yīng)用到電源IC等產(chǎn)品中，為進(jìn)一步減少各種應(yīng)用的設(shè)計(jì)工時(shí)和提高應(yīng)用的可靠性貢獻(xiàn)力量。