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传感器信号调理电路的噪声优化

提示:

精确的信号调理和高分辨率的测量不再局限于工业或仪器仪表应用,便携式消费类电子设备的设计人员也需要减小系统噪声,这相当

精确的信号调理和高分辨率的测量不再局限于工业或仪器仪表应用,便携式消费类电子设备的设计人员也需要减小系统噪声,这相当具有挑战性,因为电池供电设备中的信号电压很小,系统的精度取决于其本底噪声。为了从信号调理电路中获取最低的本底噪声和最佳性能,设计人员必须了解器件级的噪声源,并在计算模拟前端的整体噪声时考虑这些噪声源的影响。

有些设计人员认为,选择具有最低噪声的器件就能解决信号调理所有的噪声问题。这是一个好的出发点,但是,对于在信号调理应用中使用的大多数放大器和参考电压源,数据手册中只会给出器件在有限数量的频率范围下的噪声。因此,设计人员只能依靠有限的信息来选择器件。他们不知道器件的噪声来源,什么因素会对其产生影响,噪声是否会随着时间、温度和电路结构而变化,或是否需要在选择具有最低噪声的器件之前了解制造工艺。在目前的低功耗、成本敏感型设计下,许多系统不能采用最昂贵的器件或是以较高功耗来换取低噪声的器件。这篇文章将讨论这些问题,并提供一些为设计任务选择最佳器件的指导建议。

在目前的便携式设备中,低噪声设计已经变得非常重要。一般来说,噪声是指会影响有用信息质量的任何多余信号。请参考图1 所示的典型信号链,理解为什么低噪声设计很重要。

图1、典型的消费类设备信号链

图中:Temp-温度;Gas/Chem-气体/化工;Visible Light-可见光;pressure-压力; POWER-电源;CONVERSION-转换;Embedded Processing-嵌入式处理;SENSOR-传感器; LOCATOR-定位器;User Interface-用户接口;Cables,displays,etc-线缆、显示,等 等

图2、LSB 大小随满量程信号的减小而减小

常见的基于传感器的应用已朝着较低的工作电源电压(从几年前的±22 V 到现在的±0.9 V)、不断减小的LSB 大小,以及更高的精度需求等方向发展。例如,汽车工业已经从8 位系统发展到12 位或更高精度。这一趋势使得测量由传感器产生的毫伏级电压信号变得 相当具有挑战性。设想一个真实世界的传感器产生的信号最大为30mV(这十分普遍), 在这一情形下,12 位系统的1/2 LSB 为3.5 μV,因此,用作模拟前端的放大器的1 μV 折合到输入端噪声将会影响测量质量。


(责任编辑: 谢媛 )

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