【導讀】傳感器是物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設備和無(wú)人駕駛汽車(chē)的關(guān)鍵，它們在各種產(chǎn)品中的應用只增不減。噪聲抑制對于各種傳感器都很重要，也是必不可少的一項性能，因為如果傳感器未能正確傳輸檢測到的數據，則可能會(huì )發(fā)生嚴重事故。Murata研究了故障機制和噪聲抑制方法，以單芯片類(lèi)型傳感器（數字輸出類(lèi)型）為例。
傳感器是物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設備和無(wú)人駕駛汽車(chē)的關(guān)鍵，它們在各種產(chǎn)品中的應用只增不減。噪聲抑制對于各種傳感器都很重要，也是必不可少的一項性能，因為如果傳感器未能正確傳輸檢測到的數據，則可能會(huì )發(fā)生嚴重事故。Murata研究了故障機制和噪聲抑制方法，以單芯片類(lèi)型傳感器（數字輸出類(lèi)型）為例。
推薦的單芯片傳感器噪聲抑制電路
圖1 2階次對應的各個(gè)瞬時(shí)頻譜的有效值
噪聲導致傳感器故障的機制
單芯片傳感器主要由三種線(xiàn)路組成：信號、電源和GND。此外，通過(guò)多個(gè)信號線(xiàn)路（例如時(shí)鐘和數據）實(shí)現通信。Murata在對不同線(xiàn)路施加噪聲時(shí)檢查效果。
信號類(lèi)型
將噪聲施加到數字信號線(xiàn)路
無(wú)法正確執行通信的故障示例時(shí)，當噪聲施加到數字信號線(xiàn)路并產(chǎn)生錯誤判斷時(shí)，電平已超過(guò)高閾值或低于低閾值。
Murata實(shí)際上將噪聲引入特定加速度計的數字信號線(xiàn)進(jìn)行評估，并確認通信停止的故障。
將噪聲施加到數字線(xiàn)路示意圖
將噪聲施加到電源線(xiàn)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(dòng)且電路運行不當時(shí)，可能會(huì )產(chǎn)生異常值的情況下發(fā)生故障。
Murata為評估加速度計的電源線(xiàn)路引入噪聲，并確認輸出中斷的故障。
將噪聲施加到電源線(xiàn)路示意圖
傳感器噪聲抑制的關(guān)鍵點(diǎn)
這些是濾波器中抑制傳感器噪聲的條件：
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(lèi)型傳感器有多種類(lèi)型和產(chǎn)品名稱(chēng)，但用于噪聲抑制的濾波器沒(méi)有很大區別。
這是因為濾波器中的兩個(gè)條件對于任何傳感器都很常見(jiàn)。
1. 傳輸運行所需的電源和信號
→單芯片類(lèi)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(guò)抗噪測試，實(shí)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(xiàn)路噪聲抑制
濾波器在從低頻到高頻的寬帶寬范圍內具有高插入損耗，非常適合用于電源線(xiàn)路噪聲抑制。
僅使用電容器的抑制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。
將電容器和電感器結合，可顯著(zhù)提高插入損耗。除了使用電感器外，還可通過(guò)在多電平配置中的傳感器側安排足夠的電容來(lái)獲得更有效的噪聲濾波器。
電源線(xiàn)路噪聲抑制示意圖
信號線(xiàn)路噪聲抑制
針對（數據/時(shí)鐘）信號線(xiàn)路的噪聲抑制要求濾波器設計，在應通過(guò)的信號頻率下具有低插入損耗。
在噪聲水平較小或信號頻率和噪聲分離時(shí)，僅使用電容器即可抑制。但是，當信號頻率和噪聲頻率接近時(shí)，需要通過(guò)將電感器和電容器結合來(lái)配置具有明顯插入損耗特性的濾波器。
信號線(xiàn)路噪聲抑制抑制圖
使用電感器時(shí)的要點(diǎn)
僅在特定線(xiàn)路中插入電感器時(shí)，會(huì )轉換為正常模式（潛在差值），并且線(xiàn)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(shí)，Murata確定在所有線(xiàn)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，不僅可抑制高阻抗噪聲，而且還能吸收噪聲能量作為鐵氧體的損耗，因此預計噪聲抑制效果會(huì )更好。
對策示例
電源線(xiàn)路噪聲抑制示例
產(chǎn)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(xiàn)路的影響。注入電源線(xiàn)路的噪聲水平保持恒定，并且在檢查使用抑制措施之前和之后輸出誤差的大小。
由于傳感器輸出值的故障是因電源線(xiàn)路的正常模式噪聲造成，因此，在傳感器附近插入四個(gè)0.1µF低ESL電容器。
該操作將傳感器的輸出誤差抑制在1%以下。
如上所述，需要進(jìn)一步抑制噪聲時(shí)，電感器和電容器可配置為Pi型濾波器。
電源線(xiàn)路噪聲抑制示例圖
信號線(xiàn)路噪聲抑制示例
由于噪聲對傳感器信號線(xiàn)路的影響，傳感器的通信可能會(huì )停止。注入噪聲水平提高，同時(shí)研究了適當運行的限制水平（不發(fā)生故障時(shí)）。
•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(shí)現平衡，為電源線(xiàn)路配置一個(gè)Pi型濾波器，并在接地 (GND) 線(xiàn)路中添加鐵氧體磁珠。這樣即可提高所有頻率范圍內的抗故障能力。
通過(guò)實(shí)施對策3（推薦電路），確認在整個(gè)頻率帶寬范圍內抗噪性能良好。
信號線(xiàn)路噪聲抑制示例圖
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請電話(huà)或者郵箱聯(lián)系小編進(jìn)行侵刪。
