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把控信號鏈傳輸第一關,羅姆推出超強抗干擾運放

2021-06-28 來源:EEWORLD

作為溝通模擬和數字的橋梁,信號鏈的整體質量決定了數據傳輸的準確性,決定了在數字世界處理所需的基礎。


而針對信號鏈來說,第一步就是信號放大器和比較器,他們的精度及處理速度,決定了之后模數轉換、處理的整體性能。


“隨著物聯網的普及,傳感器的數量越來越多,將傳感器微弱的電信號進行檢測并放大的運放和比較器的作用變得越來越重要。”羅姆上海技術中心的FAE朱莎勤表示。


噪聲的影響


噪聲是模擬電路設計的一個核心問題,它會直接影響能從測量中提取的信息量,以及獲得所需信息的經濟成本。而對于放大器來說,不僅會放大所要的信號,也會放大噪聲,從而嚴重影響之后的電路系統。


影響噪聲的因素很多,朱莎勤列舉了三個重要參數,包括輸入偏置電流,輸入失調電壓,以及等效輸入噪聲電壓。其中輸入偏置電流輸入偏置電流會在輸入端產生額外的失調壓降,從而導致輸出端的失調誤差;輸入失調電壓則可簡單理解為運放的直流電壓誤差,在高倍率放大時可能導致信號偏移;等效輸入噪聲電壓則指的是交流電壓誤差,在高倍率放大時,信號分量可能掩埋在噪聲中而無法檢測。


另外一部分噪聲則是同電磁學相關,包括EMI和EMS兩方面考量。其中EMI是指IC內部產生的噪聲,而EMS則是指IC對于外部噪聲的抗干擾性。


羅姆正在針對電路設計、工藝及封裝以及版圖布局等方方面面,改善產品的各種噪聲指數。


羅姆推出超強抗干擾性能的運放和比較器


資料顯示,2020年羅姆共出貨5億顆運算放大器和比較器,其中汽車和工業占三分之一左右。朱莎勤表示,隨著車用傳感器的數量增多,每個數據鏈路上都需要高性能的運放或比較器,強烈的市場需求也讓羅姆不斷開發所對應的新品。


EMARMOUR系列BD8758xYx-C,具有超低本體超低噪聲和抗EMI雙重優勢。


針對本體超低噪聲改進,羅姆采用了CMOS工藝取代了傳統的雙極工藝,因此實現了更低的輸入偏置電流、以及更低的功耗。此外,通過改善工藝以及電路設計,降低了閃爍噪聲、熱噪聲等。同時增加了晶體管的尺寸,減少了器件波動影響。并且優化電路設計降低了輸入失調電壓。


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羅姆產品噪聲指標


通過一系列改善,全新BD8758xYx-C產品家族可以實現一系列高性能的指標,包括:低等效輸入噪聲電壓2.9nV/√Hz(@1kHz)、7.8nV/√Hz(@10Hz);低失調電壓950μV、450μV、150μV以及低輸入偏置電流0.5pA(Ta=25℃)


抗EMI性能出色則是該系列的又一大特色。朱莎勤解釋道,EMARMOUR的意思為身披鎧甲(ARMOUR),免受外部噪聲干擾(ElectroMagnetic noise)。該名稱為羅姆注冊商標,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品。


朱莎勤表示,汽車和工業應用中的電磁環境比較復雜,抗電磁干擾特性一定要達標,因此從設計流程來看,在設計新產品開始時就需要引入噪聲評估。但是對于一般沒有針對抗EMI進行優化的產品來說,初期很難評估,只能等Demo板開發出來之后再進行測試,這有可能導致噪聲超標,還需要返工或者增加額外的補救手段。選擇EMARMOURTM等有較強抗噪能力的產品,則可以極大減少用戶在EMI對策上的設計時間,同時無需額外的CR濾波,減少周邊元件的使用。


針對抗噪特性,羅姆同樣通過了電路、布局以及工藝和元件結構三方面進行改進。針對電路,羅姆開發了噪聲控制電路RF-IA(高頻阻抗調整功能),有效抑制了高頻干擾。而在布局上,羅姆在有噪聲線路周邊設置了屏蔽結構,同時改善布局干擾并調整內部模擬內核的阻抗。針對工藝和元件結構,加大了寄生電容,從而實現了更強的抗干擾性。


EMARMOUR產品通過了包括“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”四項國際通行的抗擾度評估測試。朱莎勤介紹道,普通的抗EMI運算放大器一般僅做“DPI測試”,通過采取濾波器對策,僅在特定頻段具有較強的抗噪能力。而羅姆希望簡化工程師針對EMC的設計,同時也確保產品更加穩定,因此通過了四項測試以實現更好的抗干擾性。


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四種測試及羅姆的產品指標


除此之外,針對用戶仿真,羅姆提供了高精度的仿真模型——“ROHM Real Model”SPICE模型。相比傳統的SPICE模型,最大的優勢就是仿真值與實際IC的值完全一致,用戶可以準確進行在線仿真與設計評估。


如下表所示,羅姆此次已經率先量產了1通道及2通道產品,4通道產品正在開發中。目前新產品月產能為100萬個(樣品價格 300日元/件,不含稅)。該系列支持汽車電子產品可靠性標準“AEC-Q100”,實現了高可靠性,用戶可以放心地替換有噪聲干擾問題的現有產品。

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