噪聲導致傳感器故障的機製

單芯片傳感器主要由三種線路組成：信號、電源和GND。此外，通過多個信號線路（例如時鍾和數據）實現通信。Murata在對不同線路施加噪聲時檢查效果。

 

信號類型

 

 

將噪聲施加到數字信號線路

無法正確執行通信的故障示例時，當噪聲施加到數字信號線路並產生錯誤判斷時
，電平已超過高閾值或低於低閾值。

 

Murata實際上將噪聲引入特定加速度計的數字信號線進行評估，並確認通信停止的故障。

 

將噪聲施加到數字線路示意圖

 

 

將噪聲施加到電源線路

模擬前端包括放大器和模數轉換電路。當這些電路的電源波動且電路運行不當時，可能會產生異常值的情況下發生故障。

 

Murata為評估加速度計的電源線路引入噪聲
，並確認輸出中斷的故障。

 

將噪聲施加到電源線路示意圖

 

 

傳感器噪聲抑製的關鍵點

這些是濾波器中抑製傳感器噪聲的條件：

1. 傳輸運行所需的電源和信號

2. 屏蔽導致故障的噪聲

 

單芯片類型傳感器有多種類型和產品名稱
，但用於噪聲抑製的濾波器沒有很大區別。

 

這是因為濾波器中的兩個條件對於任何傳感器都很常見。

 

1. 傳輸運行所需的電源和信號

→單芯片類型傳感器具有標準化接口（IC引腳）

 

2. 屏蔽引起故障的明顯噪聲

→通過抗噪測試
，實現明顯噪聲規格的標準化

 

濾波器的安裝位置

Murata確定需要將濾波器安裝在傳感器附近才能有效。

 

電源線路噪聲抑製

濾波器在從低頻到高頻的寬帶寬範圍內具有高插入損耗，非常適合用於電源線路噪聲抑製。

 

僅使用電容器的抑製需要電容值大的電容器（涵蓋低頻側）和低ESL電容器才能獲得高頻插入損耗。

 

將(jiang)電(dian)容(rong)器(qi)和(he)電(dian)感(gan)器(qi)結(jie)合(he)，可(ke)顯(xian)著(zhu)提(ti)高(gao)插(cha)入(ru)損(sun)耗(hao)。除(chu)了(le)使(shi)用(yong)電(dian)感(gan)器(qi)外(wai)，還(hai)可(ke)通(tong)過(guo)在(zai)多(duo)電(dian)平(ping)配(pei)置(zhi)中(zhong)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)側(ce)安(an)排(pai)足(zu)夠(gou)的(de)電(dian)容(rong)來(lai)獲(huo)得(de)更(geng)有(you)效(xiao)的(de)噪(zao)聲(sheng)濾(lv)波(bo)器(qi)。

 

電源線路噪聲抑製示意圖

 

 

信號線路噪聲抑製

針對（數據/時鍾）信號線路的噪聲抑製要求濾波器設計，在應通過的信號頻率下具有低插入損耗。

 

在zai噪zao聲sheng水shui平ping較jiao小xiao或huo信xin號hao頻pin率lv和he噪zao聲sheng分fen離li時shi，僅jin使shi用yong電dian容rong器qi即ji可ke抑yi製zhi。但dan是shi，當dang信xin號hao頻pin率lv和he噪zao聲sheng頻pin率lv接jie近jin時shi

，需xu要yao通tong過guo將jiang電dian感gan器qi和he電dian容rong器qi結jie合he來lai配pei置zhi具ju有you明ming顯xian插cha入ru損sun耗hao特te性xing的de濾lv波bo器qi。

 

信號線路噪聲抑製抑製圖

 

 

使用電感器時的要點

僅在特定線路中插入電感器時
，會轉換為正常模式（潛在差值）
，並且線路變得不平衡。這增加了故障變惡劣的可能性。插入電感器時，Murata確定在所有線路中使用相同的零件編號非常重要。

 

注：鐵氧體磁珠是一款電感型濾波器，不僅可抑製高阻抗噪聲，而且還能吸收噪聲能量作為鐵氧體的損耗，因此預計噪聲抑製效果會更好。

 

對策示例

 

 

電源線路噪聲抑製示例

產生傳感器輸出值的異常情況（輸出誤差），是噪聲對傳感器電源線路的影響。注入電源線路的噪聲水平保持恒定
，並且在檢查使用抑製措施之前和之後輸出誤差的大小。

 

由於傳感器輸出值的故障是因電源線路的正常模式噪聲造成，因此
，在傳感器附近插入四個0.1µF低ESL電容器。

 

該操作將傳感器的輸出誤差抑製在1%以下。

 

如上所述
，需要進一步抑製噪聲時
，電感器和電容器可配置為Pi型濾波器。

 

電源線路噪聲抑製示例圖

 

 

信號線路噪聲抑製示例

由於噪聲對傳感器信號線路的影響，傳感器的通信可能會停止。注入噪聲水平提高
，同時研究了適當運行的限製水平（不發生故障時）。

 

•初始：抗故障能力與頻率有很大不同。（在本示例中
，電阻低至100MHz和250MHz。）

•對策1：添加電容器可提高100MHz和250MHz下的抗故障能力。

•對策2：配置鐵氧體磁珠和電容器可提高200MHz和250MHz下的抗故障能力。

•對策3：為了實現平衡，為電源線路配置一個Pi型濾波器，並在接地 (GND) 線路中添加鐵氧體磁珠。這樣即可提高所有頻率範圍內的抗故障能力。

 

通過實施對策3（推薦電路）
，確認在整個頻率帶寬範圍內抗噪性能良好。

 

信號線路噪聲抑製示例圖