傳感器接口電路的抗干擾設(shè)計(jì)

凡是傳感器接口電路都存在小信號(hào)處理問(wèn)題，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/傳感器">傳感器的輸出一般都是小信號(hào)，將其精確的放大到所需要的信號(hào)(如0～5V)，并能達(dá)到所需要的技術(shù)指標(biāo)，就必須注意到電路圖上未表示出來(lái)的某些問(wèn)題，即抗干擾問(wèn)題，在進(jìn)一步討論電路元件的選擇、電路和系統(tǒng)應(yīng)用之前，有必要進(jìn)行討論。

干擾可粗略的分為3個(gè)方面：

(1)局部產(chǎn)生(即不需要的熱電偶)。

(2)子系統(tǒng)內(nèi)部的耦合(即地線的路徑問(wèn)題)。

(3)外部產(chǎn)生(即電源頻率的干擾)。

1.局部產(chǎn)生誤差的消除

在低電平測(cè)量中，對(duì)于在信號(hào)路徑中所用的材料必須給予嚴(yán)格 的注意，在簡(jiǎn)單的電路中遇到的焊錫、導(dǎo)線以及接線柱等都可能產(chǎn)生實(shí)際的熱電勢(shì)。由于他們經(jīng)常是成對(duì)出現(xiàn)，盡量使這些成對(duì)的熱電偶保持在相同的溫度下是很有效的措施，為此一般用熱屏蔽、散熱器、沿等溫線排列或者將大功率電路和小功率電路分開(kāi)等辦法，其目的是使熱梯度減小到最小，兩個(gè)不同廠家生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線的接點(diǎn)可能產(chǎn)生0．2／1V／℃的溫漂，這相當(dāng)于高精度低漂移的運(yùn)放管的溫漂，而為斬波放大器溫漂的兩倍。

雖然采用插座開(kāi)關(guān)、接插件、繼電器等形式能使更換電器元件或組件方便一些，但缺點(diǎn)是可能產(chǎn)生接觸電阻，熱電勢(shì)或兩者兼而有之，他比直接連接系統(tǒng)的分辨力要差，精度要低，噪聲增加，可靠性降低，因?yàn)樵诘碗娖椒糯笾斜M可能不使用開(kāi)關(guān)，接插件是減少故障，提高精度的重要措施。 

2 接地問(wèn)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干擾的重要措施，必須予以特別注意。

當(dāng)使用單電源供給多只傳感器時(shí)，其連接方法如圖1所示，以盡量減少接地電阻引進(jìn)的干擾，若供電電源的壓降必須減到最小，則電源高端導(dǎo)線也可按相似的方法接線。

         

包括有多個(gè)電源和多個(gè)傳感器的系統(tǒng)則需要考慮更多一些，通常不管電源是誰(shuí)供給，將地線匯集到公共點(diǎn)，然后和系統(tǒng)的公共端接在一起，如圖2所示，所有電源1的負(fù)載都回到電源1公共端，所有電源2負(fù)載都回到電源2的公共端，最后用一條粗導(dǎo)線將公共端連在一起，在多電源系統(tǒng)中，可能需要進(jìn)行判斷性試驗(yàn)，確定地線接法，以達(dá)到最佳的解決方案。

數(shù)字地線通常有很大的噪聲，而且有大的電流尖峰，所有的模擬公共地線應(yīng)該和數(shù)字公共地線分開(kāi)走線，然后只在一點(diǎn)匯集在一處，如圖3所示，這種接法使模擬和數(shù)字地線間的公共阻抗最小。

                  

除了直流和低頻地線問(wèn)題以外，還有快速變化的交流電壓的耦合以及高電平電路對(duì)低電子電路通過(guò)公共的電源和連線的阻抗產(chǎn)生的瞬態(tài)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)另一個(gè)可能的耦合途徑是由于許多內(nèi)外補(bǔ)償?shù)募蛇\(yùn)放沒(méi)有公共接地點(diǎn)，如果積分器輸出的參考點(diǎn)接到電源一端，就會(huì)使得輸出隨電源而波動(dòng)，這些都需要適當(dāng)?shù)亟尤腚娙萜饕员闩月氛{(diào)制在較慢的模擬電路上的高頻信號(hào)，并要求此電容直接從放大器的電源端子接到低阻抗的公共點(diǎn)。
 
             

圖4說(shuō)明這樣一種方法，他應(yīng)用于模擬量輸出運(yùn)算放大器對(duì)于數(shù)／模轉(zhuǎn)換器數(shù)字驅(qū)動(dòng)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(yīng)有的作用，甚至可能有害，他從"不干凈"的到"清潔"的Vs，為噪聲提供低阻抗的交流通路。

3 外部和本機(jī)干擾的消除

交流信號(hào)可以通過(guò)分布電容和電感耦合到低電子模擬電路上，直流高壓經(jīng)過(guò)漏電導(dǎo)可以耦合到高阻抗的輸入端，這些都可能引入干擾，通過(guò)適當(dāng)?shù)牟季衷?，屏蔽和防護(hù)可以消除這些干擾。 

元件的適當(dāng)布局包括在高能量和低能量之間以及數(shù)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。

屏蔽包括靜電和電磁屏蔽。電源變壓器產(chǎn)生的干擾場(chǎng)是熟知的，而且是不好說(shuō)明的干擾源，可以采用屏蔽式變壓器或者將電源放到遠(yuǎn)離高敏感電路的地方。但同一電路既需要靠近變壓器中心抽頭以達(dá)到高質(zhì)量的接地，又可能受到強(qiáng)磁場(chǎng)干擾，必要時(shí)要通過(guò)試驗(yàn)的方法來(lái)確定合理布局。

對(duì)于50H2電源的靜電和電磁干擾可以采取使環(huán)路面積減到最小，或者使用雙絞線以及在低頻電路中限制頻帶等方法控制。 

4 結(jié) 語(yǔ)

總之，接口電路的防干擾問(wèn)題是得到高質(zhì)量信號(hào)的重要措施之一，傳感器的輸出信號(hào)越低，接口電路的放大元件的選擇，以及防干擾措施要求越嚴(yán)格，但要求傳感器的信號(hào)大，又會(huì)影響傳感器輸出的非線性等特性，這是矛盾的。在實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)考慮在線性度允許的條件下，盡可能地提高傳感器的輸出靈敏度，包括提高橋壓等措施，一般情況下傳感器的輸出靈敏度可達(dá)到1～3mV／V，不希望以降低傳感器的靈敏度來(lái)?yè)Q取接口的其他技術(shù)指標(biāo)的提高。