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地的浅谈

作者:houwenhe时间:2015-10-13来源:电子产品世界收藏

  最近在做一个AD采集的项目,通过这个项目有一点心得和体会,拿来与大家分享,希望大家能少走弯路,由于水平有限,出错在所难免,希望各位不吝赐教!!

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/281251.htm

  闲言少叙,书归正传。我所处理的项目是弱光信号的采集,整体的架构是使用八只光电池对卤灯的光强进行采集,PD采用了microchip的,然后采用了CD4051 MUX进行通道切换,后级又进行了二级的放大和滤波处理,采用的芯片是TI的OPA2727低噪声运放。由于二级的放大倍数也不是固定的,所以又使用了一片CD4051进行通道选择。然后将放大后的信号输入ADC,ADC使用的时TI的ADS8505,其具有16bits的分辨率。不要问我为什么不用8路的24bits的ADC,这样既能简化设计又能降低成本,还能增加可靠性,何乐不为?我也表示很无奈,仪器差不多是20年前的东西,当时24bits的ADC还不是很便宜或者说很少吧,又加之原来的设计者水平问题,只能选用这么垃圾的系统架构。如果直接使用24bits 的Delta Sigma ADC ,可以直接去掉第二级的放大,也能省掉了两片4051,整个系统更加简单,更重要的是性能会更好,只可惜老大不许,不想改程序,可能是出于降低风险的考虑吧。

  吐槽结束,总之,以上内容就是为了介绍整个系统。接下来说说我的工作吧,我的工作就是改良这块AD采集板,使其数据更加准确。之前的版本是不带有源滤波器的,而且为了平衡不同通道,PD的反馈电阻用的可调电位器加固定电阻,ADC的参考和输入端也用了可调电位器,系统的噪声可想而知。经过测试原来版本的系统极差(ADmax-ADmin)在60左右,而经过我改进的AD板均采用固定的电阻,通道间的不平衡通过软件校正(原软件里有校正算法)。

  经过几天奋战,终于新版的AD板焊接完成,很兴奋的装到了仪器上面测试,总体的数据极差在25左右,比原来有2倍多的提升,但是可以看出数据有噪声,如果能将其噪点去掉将会更加完美。开始怀疑是ADC前级电路拾取的噪声,于是将ADC接到固定的直流信号,将5V电源分压约为2.5V加到ADC输入端,但是数据没有明显的好转,极差仍然在20左右,于是考虑是否是AD引入了噪声。打开PCB仔细查找,不放过每一个细节,终于有点眉目,ADC的地与电源POWER地没有分开,而且距离很近,赶紧用刻刀将ADC的地和POWER地之间划开,然后重新进行测试,结果极差没有明显好转,依然在16左右。这是旁边的工程师的一句话提醒了我,他说可能是大地不干净引入的,我马上拿过板子重新看,由于电路板的工作地和大地PE之间我采用的1000pF的电容进行连接,那么问题很可能出现在这里。一不做,二不休。用钳子将那个电容剪断,再次进行测试,哈哈,结果终于达到了满意的效果。整体极差在7左右,达到了预期的目标,已经很接近ADC的器件手册的值。老大看过数据后表示很满意!!

  一个小小的地对系统的影响如此重大,使我对接地和分地有了更清楚的认识,希望我的经验给各位提个醒,避免在次走入地的陷阱,下面我把测试截图一并贴上,给大家一个参考!

  图1原AD板数据

  图2新AD板割地后数据

  图3新AD板割地+剪断电容后数据

  注:红框部分为极差,粉框部分为噪声

  图4新AD板全貌

  图5分割的地线

  图6割断的电容

  图7原AD板全貌

  PS:数据采集的实现是通过上位机和下位机配合,每通道采集32001组,共8个通道,将8个通道的数据传给上位机存储,然后通过EXCEL处理绘图即得到截图。



关键词: 放大器 MCP6002

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