在家中感到安全、舒適和有保障是所有家庭所必需的;如今，這一需求通過安裝家庭報警系統得到了滿足。隨著家庭安防系統的發展，即使主人不在家，都能通過接收 SMS(短消息服務)獲悉家中是否發生了意外事件。但是家庭報警系統帶來了放心也帶來了煩惱：要知道沒有人希望總受到假警報的干擾。報警系統應該符合電子設備必須滿足的某些抗干擾標準，事實上，在內置 GSM(全球移動通信系統)模塊的系統中，各種傳感器信號更易受到干擾。為了幫助設計抗干擾性更強的系統，美國國家半導體開發了增強版用于報警和其他系統中調節傳感器信號的抗 EMI(電磁干擾)運算放大器。
報警系統概述
圖1是家庭報警系統的框圖，其中包含傳感器(可以是有線或無線傳感器)、微控制器、GSM模塊和電源管理系統。可以使用的各類傳感器包括：用于探測人的移動的 PIR(熱電紅外)傳感器、門窗保護傳感器、氣體探測傳感器、溫度傳感器和煙霧傳感器。如框圖所示，系統可以從 USB 端口或電池供電，即具有極低功耗，從而最大限度延長了電池的使用壽命。系統中各區塊需要不同的電壓軌，通過使用 LM3668 降壓-升壓直流/直流轉換器和超低噪聲LDO芯片 LP5900即可 實現，兩款芯片都非常適合便攜式應用。
為了監控溫度，可以使用模擬溫度傳感器 LM94022。其低工作電流(典型值 5.4 μA)和 1.5V 的低供電電壓都使其非常適合于低功耗的系統。
PIR 信號調節
下面將詳細介紹用于探測人體熱量的熱電紅外傳感器的信號調節電路。熱電紅外傳感器的輸出電壓是感應到的紅外射線的函數，其常規幅度從 0.5mV 到 1mV，頻率由 0.02Hz 至 16Hz。圖 2 顯示用于調節傳感器信號的電路，LPV521 中的兩級提供了放大和帶通濾波器功能。如 Bode 增益曲線所示，4Hz 時其放大倍數約為 2000 ，0.6 Hz 和 8 Hz 時的截止頻率為 3 dB。LPV521 是用于構建有源濾波器的運算放大器，它是適合超長電池壽命的毫微功率級 552 nW 放大器。1.6V 到 5.5V 的工作電壓范圍，典型的 351 nA 電源電流，使其非常適合于遠程傳感器毫微功率應用。LPV521 具有設計精密的 CMOS 輸入級，在 -40℃ 至 125℃ 的溫度范圍中遠勝于同類器件的 50 pA 最大輸入偏流，更提供了軌對軌輸入輸出性能。LPV521 是 PowerWise® 系列產品的成員，具有優異的性能功率比。
R2 是負載電阻器，其值參見 PIR 傳感器數據表，它主要用于將傳感器輸出電流轉換為電壓。
抗電磁干擾運算放大器如何工作
為了確保最大限度抑制錯誤警報，通常在一個報警系統中會集成廣泛的電磁干擾濾除功能。在信號路徑中，對電磁干擾最敏感的部分是傳感器和運算放大器之間的接口。在這部分中，信號是具有超低振幅的模擬信號，長電纜線使其更易受到干擾。運算放大器和模數轉換器 (ADC) 之間的接口的靈敏性較低，因為信號經過放大具有更高的振幅，線纜通常也更短。
由于關鍵點在傳感器和運算放大器之間的接口，美國國家半導體推出了集成電磁干擾 (EMI) 濾波器的產品，通過降低射頻 (RF) 干擾來確保模擬系統的精確度。
為了幫助識別抗電磁干擾運算放大器，數據表中需要使用新參數來量化運算放大器的抗電磁干擾性能。此量化指標顯示了運算放大器抑制電磁干擾的能力，從而根據抗電磁干擾的能力和芯片性能對運算放大器進行比較和排名。與 CMRR 相似，電磁干擾抑制比 (EMIRR) 是實際中的射頻信號變化與偏移電壓變化比。
EMIRR 定義為：
其中，Vrf_peak 是實際的未調制信號振幅，△ Vos 是產生的輸入參考偏移電壓變化值。
隨著無線數據傳輸的廣泛應用，手機、藍牙模塊和其他計算機外圍設備的出現，讓電磁干擾成為在眾多應用領域日益受到關注的問題。抗電磁干擾運算放大器使用片上濾波器抑制無用信號，例如放大器輸入端的射頻注入信號，從而阻止高頻噪聲在放大器中的傳播，避免其傳入電路。集成的電磁干擾濾波器提供了眾多優勢：有助于保證信號完整度，節省了印刷電路板的空間且無需外部濾波，節省了相應的附加成本。
煙霧傳感器的信號調節
圖3給出了另一個具有煙霧傳感器接口的抗電磁干擾傳感器信號調節范例。一個光學煙霧傳感器由LED、透鏡和光電二極管組成，當煙霧存在時，燈光不再以直線路徑傳播，而是按照煙霧的特性和濃度進行散射。當路徑發生偏離后，燈光傳至對光線敏感的光電二極管，并轉換為相應比例的電流。然后，此電流通過 LMV831 中的互阻抗放大器配置轉換為電壓。此運算放大器具有 CMOS 輸入和低功耗特性，提供低輸入偏置電流、-40°C 至 +125°C 的寬溫度范圍和優異的性能，令其成為堅固的通用零件。此外，其抗電磁干擾能力最大限度降低了干擾，因此適合于EMI敏感型應用。
圖4給出了 EMIRR 與 LMV831 和不具抗電磁干擾功能的標準放大器的頻率比較。關于電磁干擾測量值的詳細說明請參見應用指南 AN1698。對于不同的精確度、速率或功耗要求的產品，美國國家半導體提供了可用于設計更穩固系統的多種抗電磁干擾運算放大器，包括 LMP2021/22(單路/雙路)、LMV861/62、LMV851/52/5(單路/雙路/四 路)和 LMV831/32/34。
總結
蜂窩、藍牙和 Wi-Fi 信號無處不在，集成無線電的感應系統也得到廣泛應用，這使電磁干擾 (EMI) 日漸成為在進行精確信號路徑設計時需考量的重要因素。雖然射頻信號在運算放大器的波段以外，但射頻載波開關可以調節運算放大器的直流偏移。增加的偏移電壓被相應信號放大，因此改變測量值，從而導致觸發錯誤警報。抗電磁干擾運算放大器使用片上濾波器抑制輸入端和電源引腳上產生的多余射頻信號，從而保證精確信號路徑完好。