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传感器正在成为 IoT、无人驾驶等新技术功能扩展中不可或缺的一部分。由此也承担着预防严重事故的重大责任,而如果传感器不能正确传输数据,就可能导致这些事故。因此,抑制干扰是各种传感器的关键组成部分
MEMS 技术的发展使单芯片传感器得到广泛应用
数字单芯片传感器使用的典型接口为 I2C 和 SPI。信号截止频率接近 10Mhz (I2C) 和 50MHz (SPI)。Murata BLM15HB/HD 系列芯片铁氧体磁珠适用于这类应用,如下所示。
单芯片传感器主要由信号线、电源线和接地线构成。此外还可通过时钟和数据在内的各种信号线路实现通信,而当出现干扰时,所有这些都会受到影响。
数字信号线上的干扰可产生错误的结果,从而影响传感器的参数,导致通信失真或失联,最终可能导致应用故障。
事实上,我们在特定加速计的数字信号线上引入干扰,然后进行评估,最后验证故障为通信中止。
模拟前端包含放大器和模数转换器电路。如果电源出现波动,可能会影响这些电路的性能。
也可向加速计电源线引入干扰,以用于评估,确认在输出受到干扰的位置出现的故障。
单芯片传感器分为多种规格、类型和功能。为避免传感器故障而提出的干扰对策要求是一致的:
-
确保传感器运行所需的正确信号高效、成功地通过
-
防止可能导致传感器失效的噪声
-
确保滤波器安装在传感器附近,以确保有效性
电源线干扰对策
滤波器插入损耗高,能够处理从低频至高频的宽带,适合消除电源线中的噪声。
完全用电容器处理噪声需要非常大的电容值,足以涵盖低频和低 ESL 电容器,以确保高频插入损耗
电容器与电感器的结合可产生有利的插入损耗。
通过从电感器在传感器一侧布置足够的电容,即可实现更有效的多级配置降噪滤波器。
信号线干扰对策
消除数据/时钟线路噪声需要滤波器在信号频率具有较低的插入损耗,这些损耗应得以通过。
如果噪声水平较低,或者当信号和噪声频率可以区分时,对策中可以仅使用电容器。而如果信号频率和噪声频率比较接近,则必须通过结合使用电容器和电感器,将滤波器的插入损耗配置在非常高的水平。
总结:使用电感器时
如果电感器仅插入特定线路,则该线路可变得不平衡,并且转变为正常模式(潜在区别)。因此当噪声变得更加严重时,将有可能出现故障。当插入电感器时,必须确保在所有线路中使用相同的部件号。
铁氧体磁珠属于电感滤波器,它不仅能通过高阻抗阻隔噪声,而且铁氧体还能吸收噪声的能量损失,从而达到更好的噪声对策效果。
下面介绍的是代表 BCI 测试的噪声对策示例,该测试是针对车载设备的传导抗扰度标准测试。
我们测试了由电源线和信号线噪声导致的传感器故障的对策和效应。
电源线噪声对策示例
当传感器电源线有噪声时,将导致传感器输出值错误(输出错误)。保持注入电源线的噪声水平恒定,并检查实施对策之前和之后的输出错误。
由于传感器输出值出错是由电源线的正常模式噪声所导致,因此在传感器附近插入了四个低 ESL 的 0.1μF 电容器。
这样,传感器的输出错误被抑制在 1% 以下。
如果需要进一步的噪声对策,可将电感器和电容器配置为之前提到的 π 型滤波器。
信号线噪声对策示例
传感器通信可能因传感器信号线上的噪声效应而停止。提高注入的噪声水平,并测试合适的操作限值水平(无缺陷区域)。
初始 |
抗故障能力随频率大幅变化。(本例中,频率为 100MHz 和 250Mhz 时的抗故障能力低。) |
对策 1 |
增加电容器可改善频率为 100MHz 和 250Mhz 时的抗故障能力。 |
对策 2 |
配置铁氧体磁珠和电容器可改善频率为 200MHz 和 250Mhz 时的抗故障能力。 |
对策 3 |
为了获得平衡,在电源线上配置 π 型滤波器,并在接地线 (GND) 上添加铁氧体磁珠。这样可改善所有频率范围的抗故障能力。 |
通过实施对策 3(推荐电路),确认抗噪声能力在整个频率带宽内得以提升。
本文提供传感器噪声对策的必要参数和推荐电路,以及可预见的问题,即因噪声引起的传感器故障机制,此外还有对策示例。
Murata 提供可帮助解决问题的各种产品,供您挑选。
▼ 详见下面的产品系列 ▼
系列名称 |
应用 |
部件号 |
阻抗 (at 100MHz) |
额定电流 (85℃) |
直流电阻 (最大) |
BLM15HB 系列 |
消费者级 |
120Ω |
300mA |
0.7Ω |
|
220Ω |
250mA |
1Ω |
|||
汽车级(娱乐信息节目) |
120Ω |
300mA |
0.7Ω |
||
220Ω |
250mA |
1Ω |
|||
汽车级(动力系统/安全) |
120Ω |
300mA |
0.7Ω |
||
220Ω |
250mA |
1Ω |
系列名称 |
应用 |
部件号 |
阻抗 |
额定电流 |
直流电阻 |
BLM15HD series |
消费者级 |
600Ω |
300mA |
0.85Ω |
|
1000Ω |
250mA |
1.25Ω |
|||
1800Ω |
200mA |
2.2Ω |
|||
汽车级(娱乐信息节目) |
600Ω |
300mA |
0.85Ω |
||
1000Ω |
250mA |
1.25Ω |
|||
1800Ω |
200mA |
2.2Ω |
|||
汽车级(动力系统/安全) |
600Ω |
300mA |
0.85Ω |
||
1000Ω |
250mA |
1.25Ω |
|||
1800Ω |
200mA |
2.2Ω |