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    • 罗姆在运算放大器抗噪领域的成就
    • 什么是EMARMOUR™?
    • EMARMOUR™产品阵容有哪些?有何特点?
    • EMARMOUR™产品将给客户带来怎样的体验?
    • 结语
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如何面对车规级运算放大器和比较器的EMC挑战?

2021/07/01
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阅读需 10 分钟
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随着全球物联网的发展以及汽车电子智能化的普及,传感器的应用范围变得越来越广。从信号链的角度来讲,传感器、运算放大器比较器是相伴而生的,传感器负责前端环境信号的采集,而运算放大器和比较器则用来将信号进行转换。

 
图 | 运算放大器和比较器的作用

具体来讲,传感器接采集的信号有两种方式可以传输到MCU进行控制,一种是通过运算放大器把传感器的小信号进行放大,最终传输到MCU;另一种是通过比较器设定的阈值来判断传感器信号的高低,然后再传输给MCU。运算放大器和比较器,作为信号的中间使者,要做到的就是准确传递的工作,这也就要求其具有低误差、高精度的特性。

那么,又有哪些因素或者说参数,将影响运算放大器和比较器的精度呢?它们包括输入偏置电流、输入失调电压,以及等效输入噪声电压,这些都是运算放大器自身的参数。通过优化这些参数,我们可以使传感器系统的精度得到提高。

我们说,噪声会影响传感器系统的精度,这个噪声主要包括两方面,一个是EMI(电磁干扰)特性,即IC本身产生的噪声,另一个是EMS(电磁耐受)特性,即外部的噪声对于芯片的干扰,有可能造成芯片的误动作。站在传感器系统的角度,我们不希望有误差或者是误动作的发生,这就要求运算放大器具有低噪声和抗干扰性能。

 图 | 阻碍传感器系统精度提高的噪声及其评估标准

针对噪音的这两方面问题,罗姆分别开发出了低噪声的运算放大器,以及抗EMS性能非常出色的运算放大器。可能你会有疑问,为何不能将EMI和EMS性能同时在一款芯片内进行优化?事实上,这是未来要攻克的一个课题,因为这两种性能所用的工艺是截然不同的,只有解决了工艺问题才能解锁该挑战。

罗姆在运算放大器抗噪领域的成就

在2020年度的运算放大器和比较器产品的出货实绩中可以看到,罗姆年出货量超过了5亿枚,其中工业部分占12%,车载部分占25%。而未来在汽车领域,随着踏板位置、节气门位置、油位、风门位置、温度、气压等各种精密传感器的增加,运算放大器和比较器的时常需求也会与日俱增。

 
图 | 罗姆运算放大器和比较器的出货实绩

为了应对EMS性能的挑战,罗姆在2017年左右推出了LMR1802产品系列。从图中的红色曲线可以看出,在整个平面范围内,从10Hz-10kHz频率范围,它的指标都是最低的,相比以往产品以及普通产品,整体的性能都是非常好的,能够实现传感器对于高精度的要求。

为了应对EMI性能的挑战,罗姆从2017年开始开发EMARMOUR™系列,该系列的产品具有非常出色的抗干扰性能,有助于减轻降噪设计负担,在车载和工业设备市场获得了高度好评。

什么是EMARMOUR™?

“EMARMOUR”是罗姆产品的品牌名,EM是电磁辐射的缩写,ARMOUR是铠甲的意思。意为罗姆开发的运算放大器,如同身披铠甲一样,免受外部噪声干扰。

 图 | EMARMOUR™品牌示意

该品牌产品融合了罗姆的“电路设计技术”、“布局技术”、“工艺技术”优势开发而成,仅用于在ISO 11452-2国际抗扰度评估测试中,在整个噪声频段输出电压波动都非常小的抗干扰性能出色的产品。例如,在汽车制造商实施的“电子辐射抗扰度测试 ISO 11452-2”中,普通产品的输出电压在整个噪声频段内波动达到±300mV以上,而罗姆新产品的输出电压波动仅在±10mV以内(仅为普通产品的1/30)。因此,将新产品配置在传感器等部件的后段时,利用CMOS元件结构可实现快速且精准的信号放大而完全不受外部噪声的影响,在包括以各种异常检测系统为首的广泛应用中,非常有助于减少设计工时并提高系统的可靠性。

EMARMOUR™产品阵容有哪些?有何特点?

2018年罗姆推出了EMARMOURTM系列双极型产品,共有四款。本次发布会上,罗姆又推出了CMOS类型的运算放大器——BD87581YG-C以及BD87582YFVM-C,对应一通道和两通道的产品,其偏置电流、转换速率都比上一代的双极型产品有较大提高。这两款产品都已于今年5月份开始量产。

 
图 | 车载用EMARMOUR™运算放大器和比较器系列的产品阵容

值得一提的是,BD8758xYx-C系列运算放大器在4种国际抗干扰度测试中均实现非常出色的抗干扰性能。这个抗干扰度测试包括了 “电子辐射抗扰度测试 ISO 11452-2”、“BCI测试 ISO 11452-4”、“近距离辐射抗扰度测试 ISO 11452-9”、“DPI测试 IEC 62132-4”4种国际通行的抗扰度评估测试。为何要强调这一点呢?这是因为普通的抗EMI性能出色的运算放大器,一般仅做“DPI测试”,通过采取滤波器对策,仅在特定频段具有较强的抗噪能力。而罗姆为了其运放在应用产品中不采取特别的对策,也不会发生误动作,通过了4种国际抗干扰度测试。

此外,这款符合AEC-Q100标准的轨对轨输入输出的高速CMOS运算放大器BD8758xYx-C系列拥有两大主要特点。第一点,抗EMI性能非常出色,可减轻降噪设计负担。第二点,配备了高精度仿真模型——“ROHM Real Model”的SPICE模型,这个模型相比传统的SPICE模型,最大的优势就是仿真值与实际IC的值完全一致,它的使用可防止实际试制后返工。

EMARMOUR™产品将给客户带来怎样的体验?

EMARMOUR™产品在客户体验方面的特性主要体现在三点。

 
图 | EMARMOUR™产品无需任何滤波对策

第一点,就是上面一直在强调的抗EMI性能出色。

第二点,使用普通的运算放大器,从整体设计流程来看,特别是汽车电子的流程来看,在设计新产品时,都要对系统整体的噪声进行评估。普通产品在设计的初期阶段是很难做噪声设计的,噪声设计一般是要等到DEMO板出来以后,再进行整体评估,这个时候可能会导致噪声测试结果NG。这样就要花更多的工时来减低噪声,甚至要在设计前期追加对策,增加了整体设计工时。使用EMARMOURTM系列产品,由于出厂时抗噪能力强,能够有效减轻降噪设计负担,从而可以帮助客户减少系统设计工时和设计成本,在整体交付周期较短的设计中,也可以做到快速响应。

第三点,作为降低外部噪声干扰的措施,普通运放本身输入、输出端需要追加滤波器件,最简单的就是RC滤波,就是每一个端口要加电阻电容。使用罗姆的EMARMOURTM系列产品,无需任何滤波对策就可以实现出色的降噪水平。简单地来比较一下,使用四通道产品时,可削减多达18个外围元器件,有效节省客户元器件成本以及布板面积成本。

当然除了以上三点,还有前面提到的SPICE模型的优势等,不再赘述。

结语

在汽车电气化的今天,各类电子器件都在比拼可靠性,这也导致我们的半导体厂商们不得不在这方面苦下功夫,从而更早地占领汽车电子这块高地,显然,罗姆在这一块是走在前列的。
 

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ROHM公司总部在日本京都,是著名电子元件制造商。公司1958年成立,开始制造电阻器件,公司名称源自于此。1965年进入半导体领域。ROHM公司采用先进的生产技术生产电子元器件,包括一些最先进的自动化技术,因此能够始终处于元件制造业的最前列.

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电子产业图谱

与非网副主编 通信专业出身,从事电子研发数余载,擅长从工程师的角度洞悉电子行业发展动态。