中心議題：

• 傳感器的信號傳輸路徑

解決方案：

• 傳感器的信號放大
• 線路中優先對噪聲的處理　　

傳(chuan)感(gan)器(qi)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)地(di)應(ying)用(yong)於(yu)嵌(qian)入(ru)式(shi)係(xi)統(tong)中(zhong)。雖(sui)然(ran)長(chang)期(qi)以(yi)來(lai)工(gong)業(ye)產(chan)品(pin)一(yi)直(zhi)將(jiang)其(qi)用(yong)於(yu)製(zhi)造(zao)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)，但(dan)消(xiao)費(fei)設(she)備(bei)現(xian)在(zai)也(ye)開(kai)始(shi)采(cai)用(yong)傳(chuan)感(gan)器(qi)。製(zhi)造(zao)商(shang)們(men)正(zheng)在(zai)消(xiao)費(fei)產(chan)品(pin)中(zhong)集(ji)成(cheng)傳(chuan)感(gan)器(qi)，以(yi)創(chuang)造(zao)出(chu)更(geng)好(hao)的(de)用(yong)戶(hu)體(ti)驗(yan)
，如(ru)在(zai)手(shou)機(ji)中(zhong)增(zeng)加(jia)加(jia)速(su)度(du)計(ji)，以(yi)及(ji)在(zai)微(wei)波(bo)爐(lu)中(zhong)加(jia)入(ru)蒸(zheng)汽(qi)傳(chuan)感(gan)器(qi)等(deng)。以(yi)前(qian)僅(jin)在(zai)數(shu)字(zi)域(yu)中(zhong)工(gong)作(zuo)的(de)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)者(zhe)現(xian)在(zai)發(fa)現(xian)，自(zi)己(ji)必(bi)須(xu)要(yao)與(yu)模(mo)擬(ni)傳(chuan)感(gan)器(qi)打(da)交(jiao)道(dao)了(le)。


圖1，一隻傳感器的模擬信號路徑可以分為幾級：放大
、濾波和數字化。
　　
傳感器的模擬信號必須經過數字化才能供係統使用，並且信號要經過放大、濾波和數字化（圖1）。每(mei)一(yi)級(ji)通(tong)常(chang)都(dou)涉(she)及(ji)一(yi)隻(zhi)圍(wei)繞(rao)著(zhe)一(yi)些(xie)無(wu)源(yuan)元(yuan)件(jian)的(de)器(qi)件(jian)
，以(yi)正(zheng)確(que)地(di)實(shi)現(xian)一(yi)個(ge)應(ying)用(yong)。一(yi)旦(dan)對(dui)信(xin)號(hao)做(zuo)了(le)數(shu)字(zi)化(hua)，就(jiu)可(ke)以(yi)將(jiang)其(qi)送(song)給(gei)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)上(shang)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)
，或(huo)整(zheng)理(li)數(shu)據(ju)後(hou)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)通(tong)信(xin)協(xie)議(yi)送(song)至(zhi)一(yi)隻(zhi)主(zhu)處(chu)理(li)器(qi)。協(xie)議(yi)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)傳(chuan)感(gan)器(qi)數(shu)據(ju)。

每個傳感器有不同的輸出信號和範圍。輸出的信號可以是電壓
、電流、電阻、dianronghuopinlv，danjihubucunzaishenmebiaozhun
，zhiyouzhuanyongdegongyexitongzaishiyongtamen。jishitongyizhizaoshangdeleisichuanganqiyekeyiyoubutongdeshuchu，erzhexiechayihuigeixitongshejizhedailaiyixiemafan。shejizhexuanzechuanganqishibixumanzuxitongdexuqiu。raner
，ruguozaishejiqijianzhezhongxuqiuchuxianbianhua
，zechuanganqiyeyaozuochuxiugai。lingwai
，yikuanshuchulveyoubutongdexinchuanganqibixuduifangdajihelvbojizuochugaidong。

daduoshuchuanganqidoushuchuyigedidianpingdedianliuhuodianyaxinhao，yinciyigejiandandedianzuwangluojiunengjiangrenhedianliuxinhaobianweiyigedianya。benwenjiandanmiaoshuleyixiegainianheyuanjianxuanzeguocheng。

幅度
　　
一隻傳感器的輸出可以低至數毫伏，也可以高達數伏特。為做到正確的數字化
，對ADC來說信號必須足夠大，才能有效地讀出。大多數情況下，傳感器信號都需要放大。例如
，一個典型的K型熱電偶輸出為41μV/°C
，如果你的設計需要1°C的粒度，就需要做相當的放大。因此，必須考慮到ADC的分辨率，以確保能將信號放大到能滿足所需粒度。

對放大器的選擇主要取決於需要的類型
，例如是儀表放大器

、差分放大器
、運算放大器，還是PGA（可編程增益放大器）。另外還必須確定放大器需要的增益大小。放大器周圍的電阻網絡（帶反饋）決定了放大器的增益。理想情況下
，標準放大器的最大增益是無限的。給器件的數字信號通常就設定了PGA的增益。這個信號改變了內部電阻網絡。一隻PGA的最大可能增益為傳統放大器的千分之一至二分之一，但大多數情況下這個區間是可以接受的。

對於放大器還必須考慮另外一個重要規格：偏移電壓。偏移電壓是一個信號通過放大器時改變的電壓量。例如，如果將一個500mV信號送給一個單位增益（即增益為1）的放大器，偏移電壓為10mV，則得到的輸出就是510mV。如果傳感器的輸出範圍為0至900mV，而係統不需要非常精密的傳感器讀數，那麼這個偏移就可以忽略不計。如果傳感器的範圍為450mV至550mV，這(zhe)個(ge)偏(pian)移(yi)可(ke)能(neng)就(jiu)不(bu)可(ke)接(jie)受(shou)了(le)。偏(pian)移(yi)電(dian)壓(ya)越(yue)小(xiao)

，放(fang)大(da)器(qi)就(jiu)越(yue)貴(gui)。所(suo)有(you)放(fang)大(da)器(qi)都(dou)有(you)偏(pian)移(yi)，但(dan)你(ni)需(xu)要(yao)知(zhi)道(dao)係(xi)統(tong)是(shi)否(fou)能(neng)容(rong)忍(ren)它(ta)。可(ke)以(yi)用(yong)相(xiang)關(guan)雙(shuang)采(cai)樣(yang)方(fang)法(fa)來(lai)降(jiang)低(di)或(huo)消(xiao)除(chu)偏(pian)移(yi)電(dian)壓(ya)。

濾波
　　
所有係統都會在傳感器信號上疊加一些噪聲。噪聲來源有各個方麵，包括電路板布局、射頻
、熱元件
，甚至傳感器自身。信號噪聲會使ADC的讀數不精確和不穩定，噪聲電平在放大器中會得到增強
，因為放大器能放大信號中的誤差。信號噪聲可以分為低頻
、高頻或某個已知頻率。通常最需要解決的是高頻噪聲問題。　


圖2，傳感器的信號路徑中包括放大器
、濾波器和ADC。濾波器的設計用於去除信號中的噪聲
，限製帶寬。
　　
用無源模擬濾波器、濾波器IC和數字濾波器都可以濾除噪聲（圖2）。最常見的方法是無源濾波
，這要用電阻
、電dian容rong和he電dian感gan建jian立li一yi個ge無wu源yuan網wang絡luo。不bu過guo，你ni必bi須xu設she計ji無wu源yuan的de濾lv波bo器qi，並bing且qie無wu法fa簡jian單dan地di改gai變bian它ta們men。濾lv波bo器qi設she計ji的de複fu雜za度du可ke能neng與yu你ni所suo需xu濾lv波bo器qi等deng級ji一yi樣yang大da；一個一階Chebyshev濾波器的設計工作量要比一個八階Bessel濾波器小得多。因此你應確定需要的濾波器階數
，然後再選擇自己采用的濾波方法。

某些IC允許你用數字編程方法，確定需要的濾波器類型。這些IC用內部的模擬電路建立濾波器
，並可能有與之相關的偏移電壓。它們也可以讓你將濾波步驟移到ADC量(liang)化(hua)的(de)後(hou)麵(mian)。數(shu)字(zi)濾(lv)波(bo)器(qi)設(she)計(ji)可(ke)以(yi)很(hen)複(fu)雜(za)
，但(dan)有(you)很(hen)多(duo)能(neng)幫(bang)助(zhu)做(zuo)出(chu)高(gao)階(jie)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)簡(jian)便(bian)設(she)計(ji)。數(shu)字(zi)濾(lv)波(bo)是(shi)去(qu)除(chu)噪(zao)聲(sheng)的(de)一(yi)個(ge)理(li)想(xiang)方(fang)式(shi)，但(dan)是(shi)，它(ta)通(tong)常(chang)需(xu)要(yao)很(hen)多(duo)CPU周zhou期qi
，增zeng加jia了le功gong耗hao。係xi統tong通tong常chang會hui引yin起qi高gao頻pin噪zao聲sheng，因yin此ci需xu要yao采cai用yong低di通tong濾lv波bo器qi。這zhe種zhong濾lv波bo器qi可ke衰shuai減jian高gao於yu所suo設she定ding截jie止zhi頻pin率lv的de信xin號hao部bu分fen。有you些xie傳chuan感gan器qi信xin號hao要yao求qiu采cai用yong相xiang互hu串chuan聯lian的de多duo種zhong類lei型xing濾lv波bo器qi。大da多duo數shu傳chuan感gan器qi數shu據ju表biao中zhong都dou指zhi定ding了le一yi個ge基ji本ben的de接jie口kou電dian路lu，但dan並bing未wei提ti及ji所suo需xu要yao的de濾lv波bo形xing式shi。係xi統tong設she計ji者zhe必bi須xu在zai徹che底di了le解jie需xu要yao的de濾lv波bo形xing式shi以yi後hou，再zai建jian立li係xi統tong。