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[導讀]50Hz工頻電磁場干擾是硬件開發(fā)中難以避免的問題,特別是敏感測量電路中,工頻電磁場會使測量信號淹沒在工頻波形里,嚴重影響測量穩(wěn)定度,故消除工頻電磁場干擾是敏感測量電路設計中不可逃避的挑戰(zhàn)。

PT100是當前應用最為廣泛的測溫方案,各位工程師在應用此方案時是否會遇到這樣的問題:為什么PT100測溫電路會存在周期性小波動?該如何解決?其實出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象主要可能是存在如下幾個原因:

50Hz工頻電磁場的影響;

周圍電機或者繼電器等開關動作造成的群脈沖干擾;

傳導進去系統(tǒng)的工頻共模干擾。

由于是測量電路存在周期性波動,那工頻電磁場擾動的可能性更大,用示波器觀測工頻電磁場波形如圖1,一般認為50Hz工頻電磁場干擾是由兩方面原因產生:

50Hz工頻干擾通過傳導進入系統(tǒng)

50Hz工頻干擾通過空間耦合進入系統(tǒng)

針對上述問題,消除50Hz工頻電磁場干擾的方法也相對明確,有下述四種方案可供電路設計者去參考:

利用電氣隔離,阻斷工頻干擾的傳導路徑。

敏感電路處搭建共模抑制和濾波電路,濾除進入輸入通道的工頻擾動。

軟件中構建IIR陷波或者FIR帶阻數(shù)字濾波器,消除工頻干擾對測量結果的影響。

降低測量引線回路面積,增加屏蔽,減弱空間耦合效應。

ZLG推出一款雙通道熱電阻隔離測溫模塊TPS02R,轉為敏感電路而設計,充分考慮50Hz工頻干擾,如圖2,我司采用多種方案抑制工頻干擾,使得TPS02R模塊分辨率可達0.01℃,且可以長時間穩(wěn)定運行。

針對50Hz工頻干擾,在“基準緩沖電路”中,采用硬件濾波電路,降低50Hz工頻對ADC芯片基準電壓的影響。如圖3,本質上是一個電壓跟隨緩沖電路結合低通濾波器,R1C1針對50Hz濾波,R2R3C2C3針對50Hz高次諧波的過濾。

具體-3dB頻率響應計算如式1

 

(1)

 

ADC芯片內部PGA采用儀表放大器結構大幅度衰減共模工頻干擾,且內置數(shù)字處理器,對輸入信號進行數(shù)字濾波處理,其中數(shù)字濾波算法頻率響應如圖4所示,數(shù)字濾波算法的陷波點在10Hz,20Hz,40Hz,80Hz頻率的整數(shù)倍處響應,所以選擇10Hz頻率的輸出,可以一定程度的衰減50Hz工頻擾動。

結合電氣隔離方案從源頭處防止50Hz工頻從電源處傳導進入系統(tǒng)影響敏感信號采集端。模塊采用四層板布局,大面積敷銅接地,讓地阻抗降到極低,系統(tǒng)的信號回路盡可能縮短,從而抑制50Hz工頻干擾的產生。

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