對于電子器件和系統(tǒng)來說，電磁兼容（EMC）性能是一項(xiàng)重要指標(biāo)。特別是對于那些微弱信號以及復(fù)雜使用環(huán)境的場景，為保證系統(tǒng)正常工作，EMC的設(shè)計(jì)成為整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的重要一環(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)過程中都有哪些技術(shù)手段來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)品出貨量超過了5億枚，其中工業(yè)部分占12%，車載部分占25%。針對EMC性能的兩方面內(nèi)容，羅姆分別推出了針對性的產(chǎn)品。對于產(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；針對抗外部EMI干擾的場景，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，主要通過哪些途徑？朱莎勤介紹，改善產(chǎn)品的EMC性能主要包括三個方面：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，羅姆通過改善工藝以及電路設(shè)計(jì)，使得這兩個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，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)算放大器主要針對高精度應(yīng)用場景，而在一些工作環(huán)境復(fù)雜，外部干擾較多的場景，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)品是羅姆專門開發(fā)的抗干擾系列產(chǎn)品，EMARMOURTM商標(biāo)僅用于在國際抗擾度評估測試中輸出電壓波動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)品會給客戶帶來怎樣的幫助？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，無需任何濾波對策就可以實(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，通過在所需的位置嵌入多個新開發(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抗噪性能強(qiáng)的事實(shí)來選擇工藝和元件尺寸，以獲得更適合的寄生電容。
日前，羅姆開發(fā)出了運(yùn)算放大器BD8758xYx-C系列，在4種國際抗干擾度測試中均實(shí)現(xiàn)非常出色的抗干擾性能。包括了 “電子輻射抗擾度測試 ISO 11452-2”、“BCI測試 ISO 11452-4”、“近距離輻射抗擾度測試 ISO 11452-9”、“DPI測試 IEC 62132-4”這4種國際通行的抗擾度評估測試。
BD8758xYx-C系列還具有另外一個特點(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。這個模型相比傳統(tǒng)的SPICE模型，最大的優(yōu)勢就是仿真值與實(shí)際IC的值完全一致?！癛OHM Real Model”是羅姆自有的建模技術(shù)，通過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將會繼續(xù)擴(kuò)大新產(chǎn)品陣容，并且還會將高抗干擾技術(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)工時和提高應(yīng)用的可靠性貢獻(xiàn)力量。