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隨著全球物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展以及汽車電子智能化的普及，傳感器的應(yīng)用范圍變得越來越廣。從信號鏈的角度來講，傳感器、運算放大器和比較器是相伴而生的，傳感器負責前端環(huán)境信號的采集，而運算放大器和比較器則用來將信號進行轉(zhuǎn)換。
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圖 | 運算放大器和比較器的作用
具體來講，傳感器接采集的信號有兩種方式可以傳輸?shù)?a class="article-link" target="_blank" href="/e/1604036.html">MCU進行控制，一種是通過運算放大器把傳感器的小信號進行放大，最終傳輸?shù)組CU；另一種是通過比較器設(shè)定的閾值來判斷傳感器信號的高低，然后再傳輸給MCU。運算放大器和比較器，作為信號的中間使者，要做到的就是準確傳遞的工作，這也就要求其具有低誤差、高精度的特性。
那么，又有哪些因素或者說參數(shù)，將影響運算放大器和比較器的精度呢？它們包括輸入偏置電流、輸入失調(diào)電壓，以及等效輸入噪聲電壓，這些都是運算放大器自身的參數(shù)。通過優(yōu)化這些參數(shù)，我們可以使傳感器系統(tǒng)的精度得到提高。
我們說，噪聲會影響傳感器系統(tǒng)的精度，這個噪聲主要包括兩方面，一個是EMI（電磁干擾）特性，即IC本身產(chǎn)生的噪聲，另一個是EMS（電磁耐受）特性，即外部的噪聲對于芯片的干擾，有可能造成芯片的誤動作。站在傳感器系統(tǒng)的角度，我們不希望有誤差或者是誤動作的發(fā)生，這就要求運算放大器具有低噪聲和抗干擾性能。
?圖 | 阻礙傳感器系統(tǒng)精度提高的噪聲及其評估標準
針對噪音的這兩方面問題，羅姆分別開發(fā)出了低噪聲的運算放大器，以及抗EMS性能非常出色的運算放大器?？赡苣銜幸蓡枺瑸楹尾荒軐MI和EMS性能同時在一款芯片內(nèi)進行優(yōu)化？事實上，這是未來要攻克的一個課題，因為這兩種性能所用的工藝是截然不同的，只有解決了工藝問題才能解鎖該挑戰(zhàn)。
羅姆在運算放大器抗噪領(lǐng)域的成就
在2020年度的運算放大器和比較器產(chǎn)品的出貨實績中可以看到，羅姆年出貨量超過了5億枚，其中工業(yè)部分占12%，車載部分占25%。而未來在汽車領(lǐng)域，隨著踏板位置、節(jié)氣門位置、油位、風門位置、溫度、氣壓等各種精密傳感器的增加，運算放大器和比較器的時常需求也會與日俱增。
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圖 | 羅姆運算放大器和比較器的出貨實績
為了應(yīng)對EMS性能的挑戰(zhàn)，羅姆在2017年左右推出了LMR1802產(chǎn)品系列。從圖中的紅色曲線可以看出，在整個平面范圍內(nèi)，從10Hz-10kHz頻率范圍，它的指標都是最低的，相比以往產(chǎn)品以及普通產(chǎn)品，整體的性能都是非常好的，能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器對于高精度的要求。
為了應(yīng)對EMI性能的挑戰(zhàn)，羅姆從2017年開始開發(fā)EMARMOUR?系列，該系列的產(chǎn)品具有非常出色的抗干擾性能，有助于減輕降噪設(shè)計負擔，在車載和工業(yè)設(shè)備市場獲得了高度好評。
什么是EMARMOUR?？
“EMARMOUR”是羅姆產(chǎn)品的品牌名，EM是電磁輻射的縮寫，ARMOUR是鎧甲的意思。意為羅姆開發(fā)的運算放大器，如同身披鎧甲一樣，免受外部噪聲干擾。
?圖 | EMARMOUR?品牌示意
該品牌產(chǎn)品融合了羅姆的“電路設(shè)計技術(shù)”、“布局技術(shù)”、“工藝技術(shù)”優(yōu)勢開發(fā)而成，僅用于在ISO 11452-2國際抗擾度評估測試中，在整個噪聲頻段輸出電壓波動都非常小的抗干擾性能出色的產(chǎn)品。例如，在汽車制造商實施的“電子輻射抗擾度測試 ISO 11452-2”中，普通產(chǎn)品的輸出電壓在整個噪聲頻段內(nèi)波動達到±300mV以上，而羅姆新產(chǎn)品的輸出電壓波動僅在±10mV以內(nèi)（僅為普通產(chǎn)品的1/30）。因此，將新產(chǎn)品配置在傳感器等部件的后段時，利用CMOS元件結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)快速且精準的信號放大而完全不受外部噪聲的影響，在包括以各種異常檢測系統(tǒng)為首的廣泛應(yīng)用中，非常有助于減少設(shè)計工時并提高系統(tǒng)的可靠性。
EMARMOUR?產(chǎn)品陣容有哪些？有何特點？
2018年羅姆推出了EMARMOURTM系列雙極型產(chǎn)品，共有四款。本次發(fā)布會上，羅姆又推出了CMOS類型的運算放大器——BD87581YG-C以及BD87582YFVM-C，對應(yīng)一通道和兩通道的產(chǎn)品，其偏置電流、轉(zhuǎn)換速率都比上一代的雙極型產(chǎn)品有較大提高。這兩款產(chǎn)品都已于今年5月份開始量產(chǎn)。
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圖 | 車載用EMARMOUR?運算放大器和比較器系列的產(chǎn)品陣容
值得一提的是，BD8758xYx-C系列運算放大器在4種國際抗干擾度測試中均實現(xiàn)非常出色的抗干擾性能。這個抗干擾度測試包括了 “電子輻射抗擾度測試 ISO 11452-2”、“BCI測試 ISO 11452-4”、“近距離輻射抗擾度測試 ISO 11452-9”、“DPI測試 IEC 62132-4”4種國際通行的抗擾度評估測試。為何要強調(diào)這一點呢？這是因為普通的抗EMI性能出色的運算放大器，一般僅做“DPI測試”，通過采取濾波器對策，僅在特定頻段具有較強的抗噪能力。而羅姆為了其運放在應(yīng)用產(chǎn)品中不采取特別的對策，也不會發(fā)生誤動作，通過了4種國際抗干擾度測試。
此外，這款符合AEC-Q100標準的軌對軌輸入輸出的高速CMOS運算放大器BD8758xYx-C系列擁有兩大主要特點。第一點，抗EMI性能非常出色，可減輕降噪設(shè)計負擔。第二點，配備了高精度仿真模型——“ROHM Real Model”的SPICE模型，這個模型相比傳統(tǒng)的SPICE模型，最大的優(yōu)勢就是仿真值與實際IC的值完全一致，它的使用可防止實際試制后返工。
EMARMOUR?產(chǎn)品將給客戶帶來怎樣的體驗？
EMARMOUR?產(chǎn)品在客戶體驗方面的特性主要體現(xiàn)在三點。
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圖 | EMARMOUR?產(chǎn)品無需任何濾波對策
第一點，就是上面一直在強調(diào)的抗EMI性能出色。
第二點，使用普通的運算放大器，從整體設(shè)計流程來看，特別是汽車電子的流程來看，在設(shè)計新產(chǎn)品時，都要對系統(tǒng)整體的噪聲進行評估。普通產(chǎn)品在設(shè)計的初期階段是很難做噪聲設(shè)計的，噪聲設(shè)計一般是要等到DEMO板出來以后，再進行整體評估，這個時候可能會導(dǎo)致噪聲測試結(jié)果NG。這樣就要花更多的工時來減低噪聲，甚至要在設(shè)計前期追加對策，增加了整體設(shè)計工時。使用EMARMOURTM系列產(chǎn)品，由于出廠時抗噪能力強，能夠有效減輕降噪設(shè)計負擔，從而可以幫助客戶減少系統(tǒng)設(shè)計工時和設(shè)計成本，在整體交付周期較短的設(shè)計中，也可以做到快速響應(yīng)。
第三點，作為降低外部噪聲干擾的措施，普通運放本身輸入、輸出端需要追加濾波器件，最簡單的就是RC濾波，就是每一個端口要加電阻和電容。使用羅姆的EMARMOURTM系列產(chǎn)品，無需任何濾波對策就可以實現(xiàn)出色的降噪水平。簡單地來比較一下，使用四通道產(chǎn)品時，可削減多達18個外圍元器件，有效節(jié)省客戶元器件成本以及布板面積成本。
當然除了以上三點，還有前面提到的SPICE模型的優(yōu)勢等，不再贅述。
結(jié)語
在汽車電氣化的今天，各類電子器件都在比拼可靠性，這也導(dǎo)致我們的半導(dǎo)體廠商們不得不在這方面苦下功夫，從而更早地占領(lǐng)汽車電子這塊高地，顯然，羅姆在這一塊是走在前列的。
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