傳感器接口電路的抗幹擾設計
發布時間:2010-01-07 來源:cechina
中心論題:
- 傳感器接口電路幹擾來源
- 分析各類幹擾消除之法
解決方案:
- 少用開關和插件降低多餘熱電偶產生的局部誤差
- 合理接地且注意減少接地電阻引入的幹擾
- 合理布局元件、屏蔽和防護消除外部與本機幹擾
凡是傳感器接口電路都存在小信號處理問題,因為傳感器的輸出一般都是小信號,將其精確的放大到所需要的信號(如0~5V),並能達到所需要的技術指標,就必須注意到電路圖上未表示出來的某些問題,即抗幹擾問題,在進一步討論電路元件的選擇、電路和係統應用之前,有必要進行討論。
幹擾可粗略的分為3個方麵:
- 局部產生(即不需要的熱電偶)。
- 子係統內部的耦合(即地線的路徑問題)。
- 外部產生(即電源頻率的幹擾)。
局部產生誤差的消除
在低電平測量中,對於在信號路徑中所用的材料必須給予嚴格的注意,在簡單的電路中遇到的焊錫、導(dao)線(xian)以(yi)及(ji)接(jie)線(xian)柱(zhu)等(deng)都(dou)可(ke)能(neng)產(chan)生(sheng)實(shi)際(ji)的(de)熱(re)電(dian)勢(shi)。由(you)於(yu)他(ta)們(men)經(jing)常(chang)是(shi)成(cheng)對(dui)出(chu)現(xian),盡(jin)量(liang)使(shi)這(zhe)些(xie)成(cheng)對(dui)的(de)熱(re)電(dian)偶(ou)保(bao)持(chi)在(zai)相(xiang)同(tong)的(de)溫(wen)度(du)下(xia)是(shi)很(hen)有(you)效(xiao)的(de)措(cuo)施(shi),為(wei)此(ci)一(yi)般(ban)用(yong)熱(re)屏(ping)蔽(bi)、散熱器、沿(yan)等(deng)溫(wen)線(xian)排(pai)列(lie)或(huo)者(zhe)將(jiang)大(da)功(gong)率(lv)電(dian)路(lu)和(he)小(xiao)功(gong)率(lv)電(dian)路(lu)分(fen)開(kai)等(deng)辦(ban)法(fa),其(qi)目(mu)的(de)是(shi)使(shi)熱(re)梯(ti)度(du)減(jian)小(xiao)到(dao)最(zui)小(xiao),兩(liang)個(ge)不(bu)同(tong)廠(chang)家(jia)生(sheng)產(chan)的(de)標(biao)準(zhun)導(dao)線(xian)的(de)接(jie)點(dian)可(ke)能(neng)產(chan)生(sheng)0.2/1V/℃的溫漂,這相當於高精度低漂移的運放管的溫漂,而為斬波放大器溫漂的兩倍。
雖然采用插座開關、接插件、繼ji電dian器qi等deng形xing式shi能neng使shi更geng換huan電dian器qi元yuan件jian或huo組zu件jian方fang便bian一yi些xie,但dan缺que點dian是shi可ke能neng產chan生sheng接jie觸chu電dian阻zu,熱re電dian勢shi或huo兩liang者zhe兼jian而er有you之zhi,他ta比bi直zhi接jie連lian接jie係xi統tong的de分fen辨bian力li要yao差cha,精jing度du要yao低di,噪zao聲sheng增zeng加jia,可ke靠kao性xing降jiang低di,因yin為wei在zai低di電dian平ping放fang大da中zhong盡jin可ke能neng不bu使shi用yong開kai關guan,接jie插cha件jian是shi減jian少shao故gu障zhang,提ti高gao精jing度du的de重zhong要yao措cuo施shi。
接地問題及其處理辦法
在低電平放大電路中合理接地是減少低噪聲幹擾的重要措施,必須予以特別注意。
當使用單電源供給多隻傳感器時,其連接方法如圖1所示,以盡量減少接地電阻引進的幹擾,若供電電源的壓降必須減到最小,則電源高端導線也可按相似的方法接線。

baokuoyouduogedianyuanheduogechuanganqidexitongzexuyaokaolvgengduoyixie,tongchangbuguandianyuanshishuigonggei,jiangdixianhuijidaogonggongdian,ranhouhexitongdegonggongduanjiezaiyiqi,rutu2所示,所有電源1的負載都回到電源1公共端,所有電源2負載都回到電源2的(de)公(gong)共(gong)端(duan),最(zui)後(hou)用(yong)一(yi)條(tiao)粗(cu)導(dao)線(xian)將(jiang)公(gong)共(gong)端(duan)連(lian)在(zai)一(yi)起(qi),在(zai)多(duo)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)中(zhong),可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)判(pan)斷(duan)性(xing)試(shi)驗(yan),確(que)定(ding)地(di)線(xian)接(jie)法(fa),以(yi)達(da)到(dao)最(zui)佳(jia)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。

數(shu)字(zi)地(di)線(xian)通(tong)常(chang)有(you)很(hen)大(da)的(de)噪(zao)聲(sheng),而(er)且(qie)有(you)大(da)的(de)電(dian)流(liu)尖(jian)峰(feng),所(suo)有(you)的(de)模(mo)擬(ni)公(gong)共(gong)地(di)線(xian)應(ying)該(gai)和(he)數(shu)字(zi)公(gong)共(gong)地(di)線(xian)分(fen)開(kai)走(zou)線(xian),然(ran)後(hou)隻(zhi)在(zai)一(yi)點(dian)彙(hui)集(ji)在(zai)一(yi)處(chu),如(ru)圖(tu)3所示,這種接法使模擬和數字地線間的公共阻抗最小。

除(chu)了(le)直(zhi)流(liu)和(he)低(di)頻(pin)地(di)線(xian)問(wen)題(ti)以(yi)外(wai),還(hai)有(you)快(kuai)速(su)變(bian)化(hua)的(de)交(jiao)流(liu)電(dian)壓(ya)的(de)耦(ou)合(he)以(yi)及(ji)高(gao)電(dian)平(ping)電(dian)路(lu)對(dui)低(di)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)通(tong)過(guo)公(gong)共(gong)的(de)電(dian)源(yuan)和(he)連(lian)線(xian)的(de)阻(zu)抗(kang)產(chan)生(sheng)的(de)瞬(shun)態(tai)信(xin)號(hao),這(zhe)個(ge)信(xin)號(hao)另(ling)一(yi)個(ge)可(ke)能(neng)的(de)耦(ou)合(he)途(tu)徑(jing)是(shi)由(you)於(yu)許(xu)多(duo)內(nei)外(wai)補(bu)償(chang)的(de)集(ji)成(cheng)運(yun)放(fang)沒(mei)有(you)公(gong)共(gong)接(jie)地(di)點(dian),如(ru)果(guo)積(ji)分(fen)器(qi)輸(shu)出(chu)的(de)參(can)考(kao)點(dian)接(jie)到(dao)電(dian)源(yuan)一(yi)端(duan),就(jiu)會(hui)使(shi)得(de)輸(shu)出(chu)隨(sui)電(dian)源(yuan)而(er)波(bo)動(dong),這(zhe)些(xie)都(dou)需(xu)要(yao)適(shi)當(dang)地(di)接(jie)入(ru)電(dian)容(rong)器(qi)以(yi)便(bian)旁(pang)路(lu)調(tiao)製(zhi)在(zai)較(jiao)慢(man)的(de)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)上(shang)的(de)高(gao)頻(pin)信(xin)號(hao),並(bing)要(yao)求(qiu)此(ci)電(dian)容(rong)直(zhi)接(jie)從(cong)放(fang)大(da)器(qi)的(de)電(dian)源(yuan)端(duan)子(zi)接(jie)到(dao)低(di)阻(zu)抗(kang)的(de)公(gong)共(gong)點(dian)。

圖4說明這樣一種方法,他應用於模擬量輸出運算放大器對於數/模轉換器數字驅動噪聲的去耦,如果旁路電容隨意地直接接到電源的兩根母線之間,旁路電容起不到應有的作用,甚至可能有害,他從"不幹淨"的到"清潔"的Vs,為噪聲提供低阻抗的交流通路。
外部和本機幹擾的消除
交jiao流liu信xin號hao可ke以yi通tong過guo分fen布bu電dian容rong和he電dian感gan耦ou合he到dao低di電dian子zi模mo擬ni電dian路lu上shang,直zhi流liu高gao壓ya經jing過guo漏lou電dian導dao可ke以yi耦ou合he到dao高gao阻zu抗kang的de輸shu入ru端duan,這zhe些xie都dou可ke能neng引yin入ru幹gan擾rao,通tong過guo適shi當dang的de布bu局ju元yuan件jian,屏ping蔽bi和he防fang護hu可ke以yi消xiao除chu這zhe些xie幹gan擾rao。
元件的適當布局包括在高能量和低能量之間以及數字電路和模擬電路之間保持盡可能大的距離,而在地線之間的連線要求盡可能短。
屏(ping)蔽(bi)包(bao)括(kuo)靜(jing)電(dian)和(he)電(dian)磁(ci)屏(ping)蔽(bi)。電(dian)源(yuan)變(bian)壓(ya)器(qi)產(chan)生(sheng)的(de)幹(gan)擾(rao)場(chang)是(shi)熟(shu)知(zhi)的(de),而(er)且(qie)是(shi)不(bu)好(hao)說(shuo)明(ming)的(de)幹(gan)擾(rao)源(yuan),可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)屏(ping)蔽(bi)式(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)或(huo)者(zhe)將(jiang)電(dian)源(yuan)放(fang)到(dao)遠(yuan)離(li)高(gao)敏(min)感(gan)電(dian)路(lu)的(de)地(di)方(fang)。但(dan)同(tong)一(yi)電(dian)路(lu)既(ji)需(xu)要(yao)靠(kao)近(jin)變(bian)壓(ya)器(qi)中(zhong)心(xin)抽(chou)頭(tou)以(yi)達(da)到(dao)高(gao)質(zhi)量(liang)的(de)接(jie)地(di),又(you)可(ke)能(neng)受(shou)到(dao)強(qiang)磁(ci)場(chang)幹(gan)擾(rao),必(bi)要(yao)時(shi)要(yao)通(tong)過(guo)試(shi)驗(yan)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)確(que)定(ding)合(he)理(li)布(bu)局(ju)。
對於50H2電源的靜電和電磁幹擾可以采取使環路麵積減到最小,或者使用雙絞線以及在低頻電路中限製頻帶等方法控製。
結語
總(zong)之(zhi),接(jie)口(kou)電(dian)路(lu)的(de)防(fang)幹(gan)擾(rao)問(wen)題(ti)是(shi)得(de)到(dao)高(gao)質(zhi)量(liang)信(xin)號(hao)的(de)重(zhong)要(yao)措(cuo)施(shi)之(zhi)一(yi),傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)越(yue)低(di),接(jie)口(kou)電(dian)路(lu)的(de)放(fang)大(da)元(yuan)件(jian)的(de)選(xuan)擇(ze),以(yi)及(ji)防(fang)幹(gan)擾(rao)措(cuo)施(shi)要(yao)求(qiu)越(yue)嚴(yan)格(ge),但(dan)要(yao)求(qiu)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)信(xin)號(hao)大(da),又(you)會(hui)影(ying)響(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)輸(shu)出(chu)的(de)非(fei)線(xian)性(xing)等(deng)特(te)性(xing),這(zhe)是(shi)矛(mao)盾(dun)的(de)。在(zai)實(shi)際(ji)運(yun)用(yong)中(zhong)應(ying)考(kao)慮(lv)在(zai)線(xian)性(xing)度(du)允(yun)許(xu)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia),盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)提(ti)高(gao)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)靈(ling)敏(min)度(du),包(bao)括(kuo)提(ti)高(gao)橋(qiao)壓(ya)等(deng)措(cuo)施(shi),一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)靈(ling)敏(min)度(du)可(ke)達(da)到(dao)1~3mV/V,不希望以降低傳感器的靈敏度來換取接口的其他技術指標的提高。
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