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(lái)越廣。從信號(hào)鏈的角度來(lái)講，傳感器、運(yùn)算放大器和比較器是相伴而生的，傳感器負(fù)責(zé)前端環(huán)境信號(hào)的采集，而運(yùn)算放大器和比較器則用來(lái)將信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

 
圖 | 運(yùn)算放大器和比較器的作用

具體來(lái)講，傳感器接采集的信號(hào)有兩種方式可以傳輸?shù)組CU進(jìn)行控制，一種是通過(guò)運(yùn)算放大器把傳感器的小信號(hào)進(jìn)行放大，最終傳輸?shù)組CU；另一種是通過(guò)比較器設(shè)定的閾值來(lái)判斷傳感器信號(hào)的高低，然后再傳輸給MCU。運(yùn)算放大器和比較器，作為信號(hào)的中間使者，要做到的就是準(zhǔn)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(shuō)參數(shù)，將影響運(yùn)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(yùn)算放大器自身的參數(shù)。通過(guò)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(shuō)，噪聲會(huì)影響傳感器系統(tǒng)的精度，這個(gè)噪聲主要包括兩方面，一個(gè)是EMI（電磁干擾）特性，即IC本身產(chǎn)生的噪聲，另一個(gè)是EMS（電磁耐受）特性，即外部的噪聲對(duì)于芯片的干擾，有可能造成芯片的誤動(dòng)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(dòng)作的發(fā)生，這就要求運(yùn)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(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)噪音的這兩方面問(wèn)題，羅姆分別開發(fā)出了低噪聲的運(yùn)算放大器，以及抗EMS性能非常出色的運(yùn)算放大器?？赡苣銜?huì)有疑問(wèn)，為何不能將EMI和EMS性能同時(shí)在一款芯片內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化？事實(shí)上，這是未來(lái)要攻克的一個(gè)課題，因?yàn)檫@兩種性能所用的工藝是截然不同的，只有解決了工藝問(wèn)題才能解鎖該挑戰(zhàn)。

羅姆在運(yùn)算放大器抗噪領(lǐng)域的成就

在2020年度的運(yùn)算放大器和比較器產(chǎn)品的出貨實(shí)績(jī)中可以看到，羅姆年出貨量超過(guò)了5億枚，其中工業(yè)部分占12%，車載部分占25%。而未來(lái)在汽車領(lǐng)域，隨著踏板位置、節(jié)氣門位置、油位、風(fēng)門位置、溫度、氣壓等各種精密傳感器的增加，運(yùn)算放大器和比較器的時(shí)常需求也會(huì)與日俱增。

 
圖 | 羅姆運(yùn)算放大器和比較器的出貨實(shí)績(jī)

為了應(yīng)對(duì)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(gè)平面范圍內(nèi)，從10Hz-10kHz頻率范圍，它的指標(biāo)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(duì)于高精度的要求。

為了應(yīng)對(duì)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(jì)負(fù)擔(dān)，在車載和工業(yè)設(shè)備市場(chǎng)獲得了高度好評(píng)。

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(yùn)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(jì)技術(shù)”、“布局技術(shù)”、“工藝技術(shù)”優(yōu)勢(shì)開發(fā)而成，僅用于在ISO 11452-2國(guó)際抗擾度評(píng)估測(cè)試中，在整個(gè)噪聲頻段輸出電壓波動(dòng)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(shí)施的“電子輻射抗擾度測(cè)試 ISO 11452-2”中，普通產(chǎn)品的輸出電壓在整個(gè)噪聲頻段內(nèi)波動(dòng)達(dá)到±300mV以上，而羅姆新產(chǎn)品的輸出電壓波動(dòng)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(shí)，利用CMOS元件結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)快速且精準(zhǔn)的信號(hào)放大而完全不受外部噪聲的影響，在包括以各種異常檢測(cè)系統(tǒng)為首的廣泛應(yīng)用中，非常有助于減少設(shè)計(jì)工時(shí)并提高系統(tǒng)的可靠性。

EMARMOUR?產(chǎn)品陣容有哪些？有何特點(diǎn)？

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(huì)上，羅姆又推出了CMOS類型的運(yùn)算放大器——BD87581YG-C以及BD87582YFVM-C，對(duì)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)。

 
圖 | 車載用EMARMOUR?運(yùn)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(yùn)算放大器在4種國(guó)際抗干擾度測(cè)試中均實(shí)現(xiàn)非常出色的抗干擾性能。這個(gè)抗干擾度測(cè)試包括了 “電子輻射抗擾度測(cè)試 ISO 11452-2”、“BCI測(cè)試 ISO 11452-4”、“近距離輻射抗擾度測(cè)試 ISO 11452-9”、“DPI測(cè)試 IEC 62132-4”4種國(guó)際通行的抗擾度評(píng)估測(cè)試。為何要強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)呢？這是因?yàn)槠胀ǖ目笶MI性能出色的運(yùn)算放大器，一般僅做“DPI測(cè)試”，通過(guò)采取濾波器對(duì)策，僅在特定頻段具有較強(qiáng)的抗噪能力。而羅姆為了其運(yùn)放在應(yīng)用產(chǎn)品中不采取特別的對(duì)策，也不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作，通過(guò)了4種國(guó)際抗干擾度測(cè)試。

此外，這款符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的軌對(duì)軌輸入輸出的高速CMOS運(yùn)算放大器BD8758xYx-C系列擁有兩大主要特點(diǎn)。第一點(diǎn)，抗EMI性能非常出色，可減輕降噪設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)。第二點(diǎn)，配備了高精度仿真模型——“ROHM Real Model”的SPICE模型，這個(gè)模型相比傳統(tǒng)的SPICE模型，最大的優(yōu)勢(shì)就是仿真值與實(shí)際IC的值完全一致，它的使用可防止實(shí)際試制后返工。

EMARMOUR?產(chǎn)品將給客戶帶來(lái)怎樣的體驗(yàn)？

EMARMOUR?產(chǎn)品在客戶體驗(yàn)方面的特性主要體現(xiàn)在三點(diǎn)。

 
圖 | EMARMOUR?產(chǎn)品無(wú)需任何濾波對(duì)策

第一點(diǎn)，就是上面一直在強(qiáng)調(diào)的抗EMI性能出色。

第二點(diǎn)，使用普通的運(yùn)算放大器，從整體設(shè)計(jì)流程來(lái)看，特別是汽車電子的流程來(lái)看，在設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)，都要對(duì)系統(tǒng)整體的噪聲進(jìn)行評(píng)估。普通產(chǎn)品在設(shè)計(jì)的初期階段是很難做噪聲設(shè)計(jì)的，噪聲設(shè)計(jì)一般是要等到DEMO板出來(lái)以后，再進(jìn)行整體評(píng)估，這個(gè)時(shí)候可能會(huì)導(dǎo)致噪聲測(cè)試結(jié)果NG。這樣就要花更多的工時(shí)來(lái)減低噪聲，甚至要在設(shè)計(jì)前期追加對(duì)策，增加了整體設(shè)計(jì)工時(shí)。使用EMARMOURTM系列產(chǎn)品，由于出廠時(shí)抗噪能力強(qiáng)，能夠有效減輕降噪設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，從而可以幫助客戶減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)工時(shí)和設(shè)計(jì)成本，在整體交付周期較短的設(shè)計(jì)中，也可以做到快速響應(yīng)。

第三點(diǎn)，作為降低外部噪聲干擾的措施，普通運(yùn)放本身輸入、輸出端需要追加濾波器件，最簡(jiǎn)單的就是RC濾波，就是每一個(gè)端口要加電阻和電容。使用羅姆的EMARMOURTM系列產(chǎn)品，無(wú)需任何濾波對(duì)策就可以實(shí)現(xiàn)出色的降噪水平。簡(jiǎn)單地來(lái)比較一下，使用四通道產(chǎn)品時(shí)，可削減多達(dá)18個(gè)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(dāng)然除了以上三點(diǎn)，還有前面提到的SPICE模型的優(yōu)勢(shì)等，不再贅述。

結(jié)語(yǔ)

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。