減少電路板(簡稱PCB)設計上的電磁干擾(EMI)是一項重要任務，其中一個最佳方法就是充分利用運算放大器。然而，在許多情況下，這個方法卻被忽視了。這可能是因為人們普遍認為運算放大器容易受到EMI影響，因此需要額外的保護措施來提高其抗干擾性。然而，現代的運算放大器具有更好的EMI免疫性能，這一事實往往被忽視。此外，設計師們也可能沒有意識到，運算放大器可以在減少系統和PCB設計中的噪音方面發揮關鍵作用。本文將探討EMI的來源，并討論使用運算放大器來減少敏感PCB設計中近場EMI的一些特性。

一、EMI的來源、受影響電路和耦合機制

電磁干擾(EMI)通常是由無意產生的電噪聲源引起的干擾，這種干擾可能以不可預測的方式影響次級電路。這些干擾信號通常表現為電壓、電流或電磁輻射的形式，或者是這些形式的組合，通過四種可能的耦合機制之一或多種機制將噪聲傳播到受影響的電路中。

值得注意的是，EMI并不僅限于射頻干擾(RFI)。低于射頻的頻段中也存在強大的EMI源，比如開關穩壓器、LED電路和工作在幾十到幾百千赫范圍內的電機驅動器。另一個例子是60Hz線電路噪聲。這些噪聲源通過四種可能的耦合機制之一或多種機制將噪聲傳播到受擾電路。其中三種是近場耦合，包括傳導耦合、電場耦合和磁場耦合，而第四種機制是遠場輻射耦合，其中電磁能在多個波長上輻射。

二、有源濾波器對差模噪聲的處理

有源運算放大器濾波器可以在電路帶寬內顯著降低PCB上的EMI和噪聲。然而，在許多設計中，這些濾波器并沒有被充分利用。通過頻帶限制，期望的差分信號可以得到保留，而不需要的差模噪聲則可以被濾除。圖1展示了差模噪聲通過寄生電容耦合到輸入信號中的情況。差分運算放大器電路通過一階有源低通濾波器接收組合信號和噪聲。為了實現所需的信號帶寬，差分運算放大器電路的低通截止頻率被設置為略高于由R2和C1確定的頻率。

三、提高對RFI和其他高頻EMI的抗擾度

除了有源濾波器外，對于高于預期工作頻率范圍的射頻干擾(RFI)，運算放大器的免疫性也是至關重要的。由于其高阻抗差分輸入級，運算放大器對RFI的影響最大，因為DM和CM RFI噪聲可通過內部二極管整流。為了提高運算放大器對RFI的抵抗力，可以采取兩種方法之一。第一種方法是使用EMI硬化的運算放大器，它包括內部輸入濾波器，可以抑制數十MHz至千MHz范圍內的噪聲。第二種方法是在運算放大器的輸入端添加外部EMI/RFI濾波器。

此外，運算放大器的低輸出阻抗也有助于降低干擾。對于具有高源阻抗的電路，通過最小化與電路負載相關的源阻抗來降低耦合噪聲是一種有效的方法。使用運算放大器可以緩沖信號并將源阻抗與負載隔離開來，從而降低時鐘噪聲的影響。