对目前的紧凑型设计而言，过去的经验法则可能不再是最佳解决方案

作者：Don LaFontaine是美国佛罗里达州棕榈滩AMS产品线的资深首席应用工程师，专注于精密模拟产品。他于1985年毕业于南佛罗里达大学（University of South Florida），获电子工程学士学位（BSEE），已在英特矽尔公司（Intersil Corporation）工作了28年。

对目前的紧凑型设计而言，过去的经验法则可能不再是最佳解决方案。在目前无线手持产品需要仔细考虑天线与低频音频电路之间的相对位置。无线收发器在便携式应用中的快速增长，要求电路能够工作在高频无线电发射器（例如蓝牙）附近。在以前的研究中，此类干扰源被视为远场效应，研究重点集中在由电缆和PCB上的线路引入的干扰。封装引脚和内部引线引入的干扰被认为可以忽略不计[5]，因此人们未对此类干扰进行研究。

在目前的无线手持产品中，发射器常常被放置在距音频电路仅有几英寸的位置。如果设计者没有注意到天线在最终产品上的位置，就会出现问题。本文将介绍以前的研究成果，说明过去的经验法则为何可能无法为现在的紧凑设计提供最佳解决方案。

辐射干扰可分为远场和近场两种，远场是指大约超过10倍波长的距离。蓝牙的频率为2.4GHz，10倍波长等于125毫米 (4.1英尺)。因此，可以很容易从中清楚地看出，早期研究中为何不考虑远场干扰。

为了与以前的研究保持一致，我们在讨论中将远场辐射定义为传导干扰，而将近场辐射定义为近场干扰。传导干扰是由电缆、PCB线路和外接元件从远场源引入的射频（RF）调制信号，该信号被"传导"进入音频放大器的输入管脚。近场干扰是由来自近场源的传导干扰，与紧邻天线的封装引出脚和内部引线所引入的干扰结合在一起所形成的复合干扰。

为了减轻射频干扰（RFI）对接收电路的影响，过去在远场条件下所进行的研究总结出了一些基本的经验法则。如图1所示，在以前所进行的研究中，RF调制信号被直接引入电缆。通过这些研究，总结了几条降低RFI的预防措施。本文将以前在远场条件下对反馈电阻[6]、RFI电容[7]及输入级电路[5]进行研究所取得的成果，与当今产品中常常存在的近场条件进行对比。

图1. 通过将RF调制信号耦合至放大器输入端来模拟的传导干扰

在着手进行研究之前，我们先讨论一下高频RF调制信号是如何进入低频音频电路的。
图2所示的概念模型对如何滤除RF载波频率并留下低频调制信号进行了说明。干扰正是由这种低频调制信号产生的。被调制的射频（RF）的调幅（AM）信号被传入音频放大器的输入管脚，并被输入ESD二极管和差分对的基极发射极解调，而高频载波被低带宽的放大器所滤除，结果音频放大器的输出端输出解调信号.
 

图2. 说明如何滤除载波频率并留下低频调制信号的概念模型

注：
? AM MODULATOR：调幅信号调制器
? SINEWAVE：正弦波
? AM MODIFIED  RF：调幅射频信号
? DEMODIFIED RF：解调射频信号
? PCB CARD & PACKAGE：PCB板及封装

图3是一个紧邻高频源的IC等效电路及其模型。该模型显示了与放大器输入端相连的传导路线和近场路线。
根据天线原理，长度小于载波频率波长¼的传导线可构成有效的天线。因此，当载波频率为2.4 Ghz时，31.25毫米 (1.2英寸)长的PCB板上的线路就构成有效天线。评估板上的外接元件（即电容，电阻）也对于RF频率也形成了接收天线。

 
图3. 等效电路的行为模型

注：
? TRACE PARASITIC：传导线寄生参数
? PCB CARD：PCB板
? LOW FREQUENCY CONDUCTED INTERFERENCE：低频传导干扰
? NEAR FIELD INTERFERENCE：近场干扰
? PACKAGE：封装
? BOND WIRE：键合线

现在我们已经明白RF信号是如何耦合进入低频音频电路的，接下来让我们回顾以前在远场研究中所取得的成果。
一些论文讨论了源自远场天线的传导干扰及其通过运算放大器对RF解调产生的影响[1,4-6]。同样，在这些实验中，RF调制信号被直接导入放大器的输入管脚。实验结果显示：
1. 通过增加输入电阻和反馈电阻的阻值，可以增大串联电阻和寄生电容，从而提高反相运算放大器电路抗射频干扰（RFI）的能力，RC（电阻和电容）构成了一个低通滤波器，防止干扰信号到达音频放大器的输入端[5]。
2. 寄生电容Cin（反相和同相输入之间形成的电容)和CRg (穿过Rg)可使反相运算放大器电路的抗RFI能力比同相运算放大器电路强[6]。
3. 由于RF信号引起的集电极电流的变化高于MOS管漏电流的变化，MOS管比双极型晶体管不易受RF信号的影响。事实上，由于双极型晶体管的非线性特性，场效应管本身就比双极型晶体管更不易受RFI的影响[4]。同时，大多数在音频频段工作的运算放大器是采用大阵列高电压CMOS工艺制造，与采用相近电压的双极工艺相比，其RF信号带宽更窄。