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作者: ADI公司Mary McCarthy, Li Ke 簡介 AD7780是一款包含PGA的低噪聲、低功耗、24位∑-△型轉換器。AD7780用于低端到中端的電子秤系統。作為發布過程的一部分，測試了電子秤系統的輻射抗擾度。本應用筆記介紹如何實現AD7780的最佳抗輻射性能，在設計印刷電路板(PCB)的過程中考慮了電路板布局和元件放置的影響。根據IEC 61000-4-3標準對整套系統(ADC、PCB和稱重傳感器)進行了輻射抗擾度測試。 輻射抗擾度 輻射抗擾度測試按照IEC 61000-4-3標準中的說明進行。磁場強度為10 V/m，RF頻率從80 MHz掃至1 GHz。根據規范，器件的分類如下： ● A類：在制造商、請求者或購買者指定的限制范圍內性能正常。 ● B類：暫時喪失功能或性能暫時降低，這種現象在干擾停止后消失，然后受測設備就會恢復正常性能，無需操作人員介入。 ● C類：暫時喪失功能或性能暫時降低，需要操作人員介入才能解決此問題。 ● D類：因為硬件或軟件損壞或者數據丟失而導致功能喪失或性能降低，并且無法恢復。 ADC在頻率掃描期間持續轉換。本應用筆記中通篇提到的誤差是指有RF頻率和沒有RF頻率時的ADC轉換之間的最大偏差。 要讓一套電子秤系統算得上A類，那么存在RF干擾時允許的誤差e為 
輻射抗擾度測試分析 設置 圖1是輻射抗擾度測試所用電路的框圖。AD7780配置如下： 輸出數據速率 = 10 Hz 增益 = 128 AD7780采用3.3 V電源供電。此電源還用于激勵稱重傳感器。稱重傳感器采用6線，靈敏度為2 mV/V。 誤差 正如“輻射抗擾度”部分所述，允許的誤差e為 ±滿量程輸出/2n 其中n為計數次數。誤差相當于±0.5次。 本應用筆記中的目標是設計一種次數為3000且歸為A類的電子秤系統，并且在實現此目標時稱重傳感器的激勵電壓為3.3 V。在靈敏度為2 mV/V且激勵電壓為3.3 V的情況下，稱重傳感器的最大信號為6.6 mV。為了使用稱重傳感器最具線性的部分，常常僅使用此范圍的三分之二。這樣就將稱重傳感器的滿量程輸出電壓降到了4.4 mV。 對于3000次的精度，1次為 1次 = 4.4 mV/3000 = 1.46 μV ±0.5次 = ±1.46 μV/2 = ±0.73 μV 存在RF頻率的情況下，誤差必須小于±0.73 μV。應用中的稱重傳感器可接受的最大重量為2 kg，因此誤差需要小于±2 kg/(2 × 3000) = ±0.33 g，這樣可以確保數字顯示屏不受RF干擾的影響。
圖1. AD7780的測試設置 印刷電路板 標準AD7780評估板專用于提供最佳的模數轉換性能。不過，它沒有針對EMC進行優化。例如，標準AD7780評估板包含一些可容許不同電源選項的鏈路(垂直引腳)，可用于噪聲測試連接；這些接頭充當著天線的作用。此外，模擬和數字輸入端并未針對位置和元件大小(采用0603元件)進行濾波優化。然而，將此評估板用作起點，展開的調查重點突出了EMC造成的不利影響。有關詳情，請參見“結果”部分。對接地、元件位置和增加額外濾波進行了全面考察。所有階段都維持ADC性能。 總而言之，取得以下重要發現 ●評估板上不應該包含接頭選項(垂直引腳)。這些接頭充當著天線的作用。因此，用焊接線替代這些接頭選項。 ●印刷電路板應該為4層，模擬輸入端和參考輸入端埋入內層中。應該使用一個接地層。用地線填充電路板的頂面和底面。此外，也用地線填充內層。應該包含多個通孔，以便最大限度地降低整個電路板的電位差。對于所需通孔的密度，沒有硬性規定。在AD7780評估板上，ADC以及模擬和參考輸入端的濾波周圍有一圈通孔。一般而言，評估板上的任何孤島也都應該有通孔，通孔數量大于1即可。頂面和底面上的任何走線都應該盡可能短，因為走線也充當著天線的作用。 ●建議在模擬和參考輸入端采用濾波。圖1顯示了通常對模擬和參考輸入端建議的R和C值。這種濾波可在AD7780的采樣頻率(64 kHz)和多種其他采樣頻率下提供衰減。AD7780本身不在這些頻率條件下提供任何衰減。電容需要盡可能接近AD7780的模擬輸入端和參考輸入端，這樣可以最大限度地減小元件與ADC之間的走線長度。使用物理尺寸較小的元件讓用戶能夠將元件放置得更靠近引腳。布局應該確保從引腳到元件的走線長度很好地匹配。 ●除了這些濾波器之外，如圖1所示在R和L位置增加額外的濾波可以進一步增強抗擾度。此濾波器位于接至稱重傳感器的連接器上。為實現最佳結果，評估了各種形式的L(L2、L3、L4和L5)和C(C38、C39和C40)值組合�！拔锪锨鍐巍辈糠至谐隽俗罱K選擇的元件。 ●電源通過與0.1 μF電容并聯的10 μF電容去耦。同樣，這些元件應該盡可能靠近AD7780的電源引腳。模擬電源用作稱重傳感器的激勵電壓，稱重傳感器則用作ADC的基準。因此，電源走線也埋入內層中。
圖2. 標準AD7780評估板的頂面
圖3. AD7780 EMC板的頂面 結果 在調研之后，我們開發了針對抗輻射干擾的優化印刷電路板(見圖3)。本應用筆記的“評估板原理圖與PCB布局圖”部分提供了評估板的原理圖和布局圖。使用此評估板和物料清單所列的元件時，測得的最大誤差超過了e。圖4顯示了RF頻率從80 MHz掃至1 GHz的情況下從AD7780讀取的轉換。測試期間，對稱重傳感器施加的重量保持恒定。 測得的誤差為1.79 μV，高于e。這相當于0.81 g。但是，在有RF干擾的情況下，ADC會繼續發揮作用，一旦干擾清除就會自動恢復到額定范圍內。因此，就輻射抗擾度而言，該電子秤系統為B類。
圖4. AD7780 EMC板的誤差與頻率 為了對比，圖5顯示了測試輻射抗擾度時從標準AD7780評估板讀取的轉換。在有RF干擾的情況下，此評估板的誤差為2101 μV，相當于955 g。
圖5. AD7780評估板的輻射抗擾度 這種對比突出了布局、元件選擇和元件放置的重要性，妥善考慮這些因素將能實現最佳的輻射抗擾度性能。 為了進一步增強器件的輻射抗擾度，可以在AD7780和輔助元件外裝上一層銅制屏蔽罩。這樣可將系統提升至A類。 結論 優化電子秤系統輻射抗擾度性能的關鍵因素是電路板布局以及元件的放置和選擇。遵循本應用筆記中介紹的布局做法時，根據IEC 61000-4-3，電子秤系統將為B類。在有RF干擾的情況下，電子秤系統會繼續工作，但系統精度會超出額定范圍。清除RF干擾后，電子秤系統的精度會自動恢復到額定范圍內。利用銅制屏蔽罩可將輻射抗擾度提升至A類。 下載PDF文檔： 
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