【導讀】想要降噪，不妨試試調(diào)節(jié)濾波器組件吧！經(jīng)研究證明，對低通濾波器組件進行匹配和調(diào)節(jié)能夠有效的避免噪聲信號的傳播。從而達到理想的信噪比。本文就介紹了調(diào)節(jié)濾波器各組件來降低噪聲的具體方案。
在DC到低頻傳感器信號調(diào)節(jié)應用中，僅依靠儀表放大器的共模抑制比 (CMRR) 并不足以在惡劣的工業(yè)使用環(huán)境中提供穩(wěn)健的噪聲抑制。要想避免多余噪聲信號的傳播，對儀表放大器輸入端低通濾波器中各組件進行正確的匹配和調(diào)節(jié)至關(guān)重要。 最終，才能讓內(nèi)部電磁干擾/無線電頻率干擾 (EMI/RFI) 濾波和 CMRR 共同作用，降低其他噪聲，從而達到可以接受的信噪比 (SNR)。
例如，請思考圖 1 所示低通濾波器實施。電阻傳感器通過一個低通濾波器網(wǎng)絡差動連接至一個高阻抗儀表放大器，而低通濾波器網(wǎng)絡由 RSX 和 CCM 組成。理想情況下，如果每條輸入支線的 CCM 都完全匹配，則兩個輸入端共有的噪聲量將在到達 INA 輸入端以前得到相應的降低。
圖 1 共模輸入濾波
共模濾波器電容 (Ccm) 完全匹配時，噪聲幾乎被徹底消除。圖 2 顯示了 TINA SPICE 仿真的這一結(jié)果，其將一個 100 mVpp、100 kHz 的共模誤差信號注入到 INA333 輸入端。
圖 2 INA333 共模濾波的完全輸入 RC 匹配舉例仿真
這種方法存在的問題是現(xiàn)貨電容都有一個 5% 到 10% 的典型容差，這就是說如果每條支線的 CCM 反向不匹配，總差動容差便會高達 20%。圖 3 更好地表示了這種電容不匹配，同時還顯示了電阻傳感器輸出端的共模噪聲輸入 (eN) 情況。
圖 3 RC 不匹配和共模噪聲注入共模濾波
這種輸入不匹配 (?C) 形成截止頻率誤差，使共模噪聲 eN 差動進入 INA 輸入，之后被增益輸出，成為誤差電壓。方程式1-3顯示了到達輸入端的共模噪聲量：
[page]
圖 4 共模濾波器 RC 不匹配引起的 INA333 輸出誤差仿真（增益為 101）
圖 5 顯示了一種更好且更常見的輸入濾波方法，其改進是在儀表放大器輸入之間添加了一個差動電容 Cdiff。
圖 5 添加差動電容 (Cdiff) 提高共模噪聲抑制效果
添加這種電容并沒有徹底解決問題，因為必須按照如下兩個標準對 Cdiff 進行調(diào)節(jié)：
圖 6 Cdiff = 0 和 Cdiff = 1 12u''> F 時，VinP 和 VinN 的曲線圖
圖 7 顯示了 Cdiff = 12 1 碌''> F 時 INA333 輸出的總噪聲性能改善情況。
圖 7 INA333 使用 Cdiff 時獲得改善的噪聲濾波仿真情況
總之，安裝于儀表放大器前部的低通濾波器應該有一個差動電容，且其大小至少應比共模電容高 10 倍。這樣，通過減小 Ccm 不匹配的影響，讓共模噪聲變?yōu)椴顒釉肼?，從而極大地提高濾波器的效率。
相關(guān)閱讀：
開關(guān)電源的噪聲怎么產(chǎn)生的？如何抑制？
送福利！專家詳解模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的噪聲系數(shù)
探討時鐘抖動和相位噪聲的測量方法
