减少电路板(简称PCB)设计上的电磁干扰(EMI)是一项重要任务，其中一个最佳方法就是充分利用运算放大器。然而，在许多情况下，这个方法却被忽视了。这可能是因为人们普遍认为运算放大器容易受到EMI影响，因此需要额外的保护措施来提高其抗干扰性。然而，现代的运算放大器具有更好的EMI免疫性能，这一事实往往被忽视。此外，设计师们也可能没有意识到，运算放大器可以在减少系统和PCB设计中的噪音方面发挥关键作用。本文将探讨EMI的来源，并讨论使用运算放大器来减少敏感PCB设计中近场EMI的一些特性。

一、EMI的来源、受影响电路和耦合机制

电磁干扰(EMI)通常是由无意产生的电噪声源引起的干扰，这种干扰可能以不可预测的方式影响次级电路。这些干扰信号通常表现为电压、电流或电磁辐射的形式，或者是这些形式的组合，通过四种可能的耦合机制之一或多种机制将噪声传播到受影响的电路中。

值得注意的是，EMI并不仅限于射频干扰(RFI)。低于射频的频段中也存在强大的EMI源，比如开关稳压器、LED电路和工作在几十到几百千赫范围内的电机驱动器。另一个例子是60Hz线电路噪声。这些噪声源通过四种可能的耦合机制之一或多种机制将噪声传播到受扰电路。其中三种是近场耦合，包括传导耦合、电场耦合和磁场耦合，而第四种机制是远场辐射耦合，其中电磁能在多个波长上辐射。

二、有源滤波器对差模噪声的处理

有源运算放大器滤波器可以在电路带宽内显著降低PCB上的EMI和噪声。然而，在许多设计中，这些滤波器并没有被充分利用。通过频带限制，期望的差分信号可以得到保留，而不需要的差模噪声则可以被滤除。图1展示了差模噪声通过寄生电容耦合到输入信号中的情况。差分运算放大器电路通过一阶有源低通滤波器接收组合信号和噪声。为了实现所需的信号带宽，差分运算放大器电路的低通截止频率被设置为略高于由R2和C1确定的频率。

三、提高对RFI和其他高频EMI的抗扰度

除了有源滤波器外，对于高于预期工作频率范围的射频干扰(RFI)，运算放大器的免疫性也是至关重要的。由于其高阻抗差分输入级，运算放大器对RFI的影响最大，因为DM和CM RFI噪声可通过内部二极管整流。为了提高运算放大器对RFI的抵抗力，可以采取两种方法之一。第一种方法是使用EMI硬化的运算放大器，它包括内部输入滤波器，可以抑制数十MHz至千MHz范围内的噪声。第二种方法是在运算放大器的输入端添加外部EMI/RFI滤波器。

此外，运算放大器的低输出阻抗也有助于降低干扰。对于具有高源阻抗的电路，通过最小化与电路负载相关的源阻抗来降低耦合噪声是一种有效的方法。使用运算放大器可以缓冲信号并将源阻抗与负载隔离开来，从而降低时钟噪声的影响。