傳感器信號(hào)調(diào)理電路的噪聲優(yōu)化(部分)
出處:yuhh 發(fā)布于:2010-06-21 10:59:13
的信號(hào)調(diào)理和高分辨率的測(cè)量不再局限于工業(yè)或儀器儀表應(yīng)用,便攜式消費(fèi)類電子設(shè)備的設(shè)計(jì)人員也需要減小系統(tǒng)噪聲,這相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性,因?yàn)殡姵毓╇娫O(shè)備中的信號(hào)電壓很小,系統(tǒng)的取決于其本底噪聲。為了從信號(hào)調(diào)理電路中獲取的本底噪聲和性能,設(shè)計(jì)人員必須了解器件級(jí)的噪聲源,并在計(jì)算模擬前端的整體噪聲時(shí)考慮這些噪聲源的影響。
有些設(shè)計(jì)人員認(rèn)為,選擇具有噪聲的器件就能解決信號(hào)調(diào)理所有的噪聲問(wèn)題。這是一個(gè)好的出發(fā)點(diǎn),但是,對(duì)于在信號(hào)調(diào)理應(yīng)用中使用的大多數(shù)放大器和參考電壓源,數(shù)據(jù)手冊(cè)中只會(huì)給出器件在有限數(shù)量的頻率范圍下的噪聲。因此,設(shè)計(jì)人員只能依靠有限的信息來(lái)選擇器件。他們不知道器件的噪聲來(lái)源,什么因素會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響,噪聲是否會(huì)隨著時(shí)間、溫度和電路結(jié)構(gòu)而變化,或是否需要在選擇具有噪聲的器件之前了解制造工藝。在目前的低功耗、成本敏感型設(shè)計(jì)下,許多系統(tǒng)不能采用昂貴的器件或是以較高功耗來(lái)?yè)Q取低噪聲的器件。這篇文章將討論這些問(wèn)題,并提供一些為設(shè)計(jì)任務(wù)選擇器件的指導(dǎo)建議。
在目前的便攜式設(shè)備中,低噪聲設(shè)計(jì)已經(jīng)變得非常重要。一般來(lái)說(shuō),噪聲是指會(huì)影響有用信息質(zhì)量的任何多余信號(hào)。請(qǐng)參考圖1 所示的典型信號(hào)鏈,理解為什么低噪聲設(shè)計(jì)很重要。

圖1、典型的消費(fèi)類設(shè)備信號(hào)鏈
圖中:Temp-溫度;Gas/Chem-氣體/化工;Visible Light-可見(jiàn)光;pressure-壓力; POWER-電源;CONVERSION-轉(zhuǎn)換;Embedded Processing-嵌入式處理;SENSOR-傳感器; LOCATOR-定位器;User Interface-用戶接口;Cables,displays,etc-線纜、顯示,等 等

圖2、LSB 大小隨滿量程信號(hào)的減小而減小
常見(jiàn)的基于傳感器的應(yīng)用已朝著較低的工作電源電壓(從幾年前的±22 V 到現(xiàn)在的±0.9 V)、不斷減小的LSB 大小,以及更高的需求等方向發(fā)展。例如,汽車工業(yè)已經(jīng)從8 位系統(tǒng)發(fā)展到12 位或更高。這一趨勢(shì)使得測(cè)量由傳感器產(chǎn)生的毫伏級(jí)電壓信號(hào)變得 相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性。設(shè)想一個(gè)真實(shí)世界的傳感器產(chǎn)生的信號(hào)為30mV(這十分普遍), 在這一情形下,12 位系統(tǒng)的1/2 LSB 為3.5 μV,因此,用作模擬前端的放大器的1 μV 折合到輸入端噪聲將會(huì)影響測(cè)量質(zhì)量。
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