减小采集系统噪声的方法.pdf

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1、$*郑采君：减小数据采集系统噪声的方法第*卷!第%期减小数据采集系统噪声的方法郑采君!中国地质科学院物化探研究所!河北廊坊"*#""""摘!要!在文中讨论了在设计低噪声数据采集系统时需要重视的诸如降低电源噪声!合理使用V?=等混合信号器件等问题"给出了系统设计时应该遵循的系统布局!布线的原则和建议#关键词!数据采集!噪声!电源!接地!信号隔离!!对于当今的数据采集系统设计工程师来说#设噪声对模拟电路噪声的影响不大&然而由于开关电计出能$工作%的数据采集电路已经不是很难的事&源与线性电源相比具有效率高’体积重量小等

2、许多这是因为有太多的集成化’模块化的组件’器件供选明显优势#人们越来越倾向于用开关电源给模拟电择使用#只需有一定的电路理论和器件知识做基础#路供电&但是不可否认的是(开关电源的噪声比线就能够设计出能$工作%的电路来&然而同一套电性电源大很多#其纹波’噪声一般大于%""@K&因路#不同的工程师实现#最后达到的效果却会有很大此开关电源用做模拟电路供电时#对其噪声必须做的差别#特别是在系统的噪声指标上#用$天壤之别%出特殊的处理#否则将会影响电路的噪声水平&来形容是一点也不过分的&下面说明的几点是作者图%是在电路设计实

3、践中经常采用的电源滤波十几年从事电路设计实践经验教训的总结#作为引电路#它由三部分组成#由G’=’=’=’=’=’=%%!$(#*玉之砖奉献给各位同仁&组成输入共模滤波器#用于滤除来自电源线的干扰信号#同时防止?=Q?=干扰接在电源线上的其它!!降低电源噪声设备)由G!’=A’=&’=)’=%"组成输出共模滤波器用$干净%的电源是实现低噪声系统的关键#在过于滤除输出部分的共模噪声信号)由G’=’=’$%%%!去数据采集系统中#模拟电路一般采用线性电源或H%组成输出差模滤波器用于滤除输出差模噪声)二电池直接供电#由

4、于线性电源的噪声不大#因此电源极管?用于吸收模块输出尖峰干扰&%图!!开关电源滤波电路原理图!!对于差模滤波电路#电阻H%是必要的#它可以的衰减&需要说明的是(不论?=Q?=模块有没有用来消除G=滤波器的谐振峰&H%即可以采用图壳体引出脚#都应将=#’=*的公共端与?=Q?=外中所示的接法#也可以与G串联使用#但是采用串壳相连#并接到系统的保护地上#这样做可以很明显$联接法时将增加电源的输出损耗#因此一般不采用的改善电源的输出噪声特性&此接法&经实验验证#当G#=对上述电路实测#不加滤波时?=Q?=模块输出$a%

5、""5M%%a%""5R!钽电容"#=#H时#滤波电路的转噪声大于%!"@X#加上滤波电路后#噪声衰减为小于%!a"L%5R%a%,折点在%DM_万方数据附近#对%EM_的信号仍有超过%""%"@X#这样的噪声水平可以胜任给模拟电路供电&!""#年$月地质装备$A电源对模拟电路供电时!一般采用由后级逐次仔细分析图!!发现我们似乎忽略了一些东西!向前级供电的方式!也就是说电源的输送方向要与是的!这就是无处不在的分布参数!正是这些确实存信号的传送方向相反!切不可乱接!这是因为输入级在的而又被我们忽略的分布参数引起了数

6、字部分和的信噪比"4>H#的大小对系统的4>H影响很大!电模拟部分的互相干扰$为了说明方便我们把图!重源逐级向前传送时每级都有滤波和退耦!因此能够新画成图$$保证电路的前级的电源噪声最小!从而最大程度的从图!不难看出!虽然VT>?与?T>?在提高前级的4>H$V?=上直接连在了一起!但由于象=4%%=4!等分布参数的存在!使得器件内部模拟部分的信号可以"!正确连接模数转换器的电源!地以其它信号线耦合到数字部分!反过来数字部分的信号也可以耦模数转换器"V?=#一般提供数字电源引脚合到模拟部分$如果数字电源K?比较干

7、净!模拟K?!模拟电源引脚KV!数字地?T>?!模拟地部分受的干扰要小一些!这就是这种V?=的用法VT>?!而且一般的器件数据手册上都推荐说KV有时也能有好的信噪比"4>H#的原因!但不幸的是!接系统模拟电源!K?接系统的数字电源!?T>?直在多数情况下!系统的数字电源的噪声是相当大的!接与系统数字地相连!VT>?与系统的模拟地相有时能够达到上百毫伏!因此这种用法在多数情况连!要保证模拟地与数字地在V?=上一点相连$下不能取得好的效果$了解了这些我们不难得到如然而在实际操作中我曾经严格按此规范实现电路!下结论&使

8、用高分辨率V?=时!除非你的系统的数效果并不理想!不仅如此!有时系统的输出噪声反而字电源十分干净!否则一定不要把V?=的数字电会很大!这种现象可以用示波器很直观的观察!把示源与系统的数字电源直接相连$如果有条件最好给波器的探头直接接到V?=的模拟输入端上!V?=V?=提供单独的噪声很小的数字电源和模拟电源!不工作时示波器显示输入噪声很小!一旦V?=开否则至少应该使V?=的