抑制傳感器噪聲干擾的兩種對(duì)策及其實(shí)例

在生活中，噪聲永遠(yuǎn)是我們最難以忍受的一種干擾。對(duì)于需要不斷接受信息幫助工業(yè)決策的傳感器來(lái)說(shuō)，那些無(wú)用的信號(hào)正如同噪聲一般，對(duì)其數(shù)據(jù)的傳輸產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。一旦傳感器無(wú)法正確傳輸數(shù)據(jù)，就可能導(dǎo)致事故發(fā)生。

因此，如何抑制噪聲干擾的產(chǎn)生，是減少傳感器故障、保障工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵。本期歐時(shí)課堂，就為大家?guī)?lái)抑制傳感器噪聲干擾的兩種對(duì)策及其實(shí)例，幫助大家正確應(yīng)對(duì)噪聲干擾問(wèn)題。

01

噪聲干擾對(duì)策的要求

MEMS技術(shù)的發(fā)展使得單芯片傳感器得到了廣泛應(yīng)用。單芯片傳感器主要由信號(hào)線、電源線和接地線構(gòu)成，此外還可通過(guò)時(shí)鐘和數(shù)據(jù)在內(nèi)的各種信號(hào)線路實(shí)現(xiàn)通信，而當(dāng)干擾出現(xiàn)時(shí)，以上所有部件都會(huì)受到影響。

單芯片傳感器分為多種規(guī)格、類型和功能，但為避免傳感器故障而提出的干擾對(duì)策要求是一致的：

1

確保傳感器運(yùn)行所需的正確信號(hào)高效、成功地通過(guò)；

2

防止可能導(dǎo)致傳感器失效的噪聲通過(guò)；

3

濾波器需要安裝在傳感器附近，以確保其有效性。

02

噪聲干擾對(duì)策及其實(shí)例

A

電源線干擾對(duì)策

濾波器插入損耗高，能夠處理從低頻至高頻的寬帶，適合消除電源線中的噪聲。而完全用電容器處理噪聲需要非常大的電容值，足以涵蓋低頻和低ESL電容器，以確保高頻插入損耗。

因此電容器與電感器的結(jié)合可產(chǎn)生有利的插入損耗，并通過(guò)從電感器在傳感器一側(cè)布置足夠的電容，實(shí)現(xiàn)更有效的多級(jí)配置降噪濾波器。

當(dāng)傳感器電源線有噪聲時(shí)，將導(dǎo)致傳感器輸出值錯(cuò)誤。排查錯(cuò)誤可知，這是由電源線的正常模式噪聲所導(dǎo)致的，因此在傳感器附近插入四個(gè)低ESL的0.1μF電容器，就能夠?qū)鞲衅鞯妮敵鲥e(cuò)誤抑制在1%以下。

B

信號(hào)線干擾對(duì)策

消除數(shù)據(jù)/時(shí)鐘線路噪聲，需要濾波器在信號(hào)頻率具有較低的插入損耗。如果噪聲水平較低，或者當(dāng)信號(hào)和噪聲頻率可以區(qū)分時(shí)，可以僅使用電容器；如果信號(hào)頻率和噪聲頻率比較接近，則必須通過(guò)結(jié)合使用電容器和電感器，將濾波器的插入損耗配置在非常高的水平。

傳感器通信可能因傳感器信號(hào)線上的噪聲效應(yīng)而停止，我們可以通過(guò)提高注入的噪聲水平，測(cè)試合適的操作限值水平（無(wú)缺陷區(qū)域）。

▲初始：抗故障能力隨頻率大幅變化。

▲對(duì)策1：增加電容器可改善頻率為100MHz和250Mhz時(shí)的抗故障能力。

▲對(duì)策2：配置鐵氧體磁珠和電容器，可改善頻率為200MHz和250Mhz時(shí)的抗故障能力。

▲對(duì)策3：為了獲得平衡，在電源線上配置π型濾波器，并在接地線上添加鐵氧體磁珠，這樣可改善所有頻率范圍的抗故障能力。

如今，隨著各式各樣層出不窮的傳感器，逐漸成為IoT、無(wú)人駕駛等新技術(shù)中不可或缺的一部分，因此了解以上兩種抑制噪聲干擾的對(duì)策，對(duì)于減少傳感器故障、讓工業(yè)系統(tǒng)得以順利運(yùn)行十分重要。

審核編輯：何安