無源濾波設(shè)計(jì)分享，揭開測(cè)溫濾波電路的神秘面紗

在使用熱電偶測(cè)溫模塊或設(shè)計(jì)熱電偶測(cè)溫電路中，每個(gè)采集通道往往需要一階甚至多階的無源濾波電路，關(guān)于熱電偶測(cè)溫?zé)o源濾波電路的設(shè)計(jì)需要考慮什么因素呢？

?熱電偶測(cè)溫原理簡(jiǎn)述

兩種不同材料的導(dǎo)體A、B與采樣電路串接成一個(gè)閉合回路，當(dāng)熱端1和冷端2處于不同的溫度T、T0時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)EAB（T，T0）被ADC采集到。當(dāng)熱端和冷端的溫度差發(fā)生變化時(shí)熱電動(dòng)勢(shì)EAB（T，T0）隨之變化，用戶可根據(jù)采集到的電壓值查找熱電偶溫度對(duì)照表得出熱端T與冷端T0的溫度差值，進(jìn)而得到熱端溫度值。圖1?熱電偶測(cè)溫電路簡(jiǎn)圖
?輸入信號(hào)調(diào)理

在熱電偶測(cè)溫電路設(shè)計(jì)中，信號(hào)的調(diào)理是非常關(guān)鍵的。由于混疊效應(yīng)，一般ADC采集電路前端都需要某些頻段的濾波來減少輸入噪聲，以使模塊具備更高的測(cè)溫精度。

作為一個(gè)示例，考慮設(shè)計(jì)一個(gè)截止頻率小于工頻50Hz的低通濾波器電路，另外考慮到采樣電壓的建立時(shí)間，串聯(lián)電阻值與濾波電容值不能太大，一般設(shè)定串聯(lián)電阻值不高于500Ω。根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)差模電容值比共模電容值大10倍，設(shè)計(jì)出如圖2所示一階低通濾波電路，其截止頻率f=1/[2π(R3+R4)(C3+C2/2)]。根據(jù)該電路圖3的波特圖仿真結(jié)果可知其截止頻率約為48.85Hz。

圖2?一階低通濾波電路圖

圖3一階低通濾波電路波特圖

根據(jù)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，考慮到阻容在環(huán)境溫度下的阻容值會(huì)發(fā)生變化及電容的壓電效應(yīng)等環(huán)境或器件因素影響，另外考慮到設(shè)計(jì)余量我們一般會(huì)將截止頻率設(shè)計(jì)的盡可能低一些。例如可能將截止頻率設(shè)計(jì)在25Hz左右，此時(shí)C3的容值可能接近8uF?？紤]到大容值電容的成本以及一階濾波的滾降不夠理想，因此我們采用二階濾波的方式進(jìn)行改善。

我們可以在圖2的電路基礎(chǔ)上再增加一階電路改為無源二階低通濾波器如圖4所示，根據(jù)該電路圖5中的波特圖仿真結(jié)果，可知該電路截止頻率的仿真值為24.56Hz。

圖4?二階低通濾波電路圖圖5?二階低通濾波電路波特圖
?總結(jié)一下

熱電偶測(cè)溫低通濾波電路設(shè)計(jì)的截止頻率越低，對(duì)高頻噪聲的抑制能力越強(qiáng)，但是截止頻率越低阻容值要求越大采樣電壓建立時(shí)間越長(zhǎng)。截止頻率設(shè)置過高，對(duì)工頻或其它頻段干擾的衰減不夠理想會(huì)對(duì)測(cè)溫精度產(chǎn)生影響。因此熱電偶測(cè)溫低通濾波電路截止頻率設(shè)計(jì)的過高或過低對(duì)測(cè)試結(jié)果均會(huì)產(chǎn)生影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值截止頻率可設(shè)計(jì)在30Hz~40Hz左右。

熱電偶測(cè)溫模塊ZAM6218A的推薦濾波電路采用二階濾波截止頻率約為40Hz，該產(chǎn)品具備優(yōu)異的采樣精度和測(cè)溫范圍，通過對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后ZAM6218A通過IIC協(xié)議直接輸出熱端溫度數(shù)據(jù)，大大簡(jiǎn)化了用戶的軟件和硬件設(shè)計(jì)，是熱電偶測(cè)溫的不二選擇。