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嵌入式系统中模拟传感器的接口设计

嵌入式系统中模拟传感器的接口设计

点击数:7101 次   录入时间:03-04 12:03:21   整理:http://www.55dianzi.com   嵌入式系统-技术

VTC-OFFSET=VN+VOFFSET

  其中VN为噪声信号电压,而V_{OFFSET}为包含有运放失调的偏置电压;

  3)测量含有噪声热电偶信号,将多路转换器的开关切换到热电偶信号的输出,这时运放的输出电压包括三个部分,除了前面提到的两个部分外,还包括热电偶的信号V_{TC},即:

VTC-SAMPLE=VTC+VN+VVOFFSET

  4)对噪声测量结果与信号测量结果进行运算处理,由于噪声的采样和信号的采样不是在同一时刻进行,为了对噪声测量的结果与信号测量的结果进行运算,就必须先对噪声测量的结果进行预处理,由于噪声测量是对信号测量的前一次测量,作为一个离散的信号,它的结果必须乘以1/Z,即:

公式

  5)计算它们之间差值:

公式

  通过采用双线性变换将其变到S域,从而可以消除失调电压的影响:实际上包含有失调电压的VOFFSET是一个不随时间变化的量,在计算差值时,它们被相互抵消,此时得到的电压已经与失调无关,仅受噪声的影响:

公式

  6)通过软件IIR滤波器消除噪声影响,获得真正热电偶信号电压。图8中,蓝色的曲线是1/f噪声的频率特性曲线,绿色的曲线是经过CDS计算和IIR滤波以后得到的频率特性曲线,从该曲线中可以看到失调的影响已经降为0,而0.1Hz时的1/f噪声也降低了40个dB。

蓝色的曲线是1/f噪声的频率特性曲线

  图8蓝色的曲线是1/f噪声的频率特性曲线,绿色的曲线是经过CDS计算和IIR滤波以后得到的频率特性曲线。

  小电阻测量

  一般情况下,测量电阻使用欧姆定律,施加电流,测量电压,但小电阻必须使用大电流才能获得足够高的分辨率,使用大电流来测量小电阻并不是一个经济、合理的方法,一种测量小电阻的方法是使用交流调制和滤波,对PSoC来讲,交流的实现和滤波处理是很容易实现的,如图9所示,使用一个DA转换器产生一个低频的交流信号来驱动测量电阻RTest,RTest上的交流信号通过PSoC放大器和滤波器来进行放大和调理。经过PGA放大以后的交流信号先被送入到带通滤波器,用于滤除噪声以后,再被送入到低通滤波器,后者将交流信号恢复为与R的阻值大小成正比的直流信号,最后由AD转换器将其数字化,要注意,用于产生信号的DA转换器,其时序必须同低通滤波器的时序保持一致。

使用一个DA转换器产生一个低频的交流信号来驱动测量电阻RTest

  在这一例子中使用PSoC进行信号处理的优势包括:1、使用DA转换器可以很容易的产生交流的驱动信号;2、交流的激励信号经过开关电容、带通滤波器以后产生的是零相移;3、PSoC可以自动产生同步解调器的时钟信号;4、带通滤波器的带宽可以设置得非常狭窄;5、带通滤波器与低通滤波器配合,可以滤除通带以外的冲击干扰和随机的噪声。



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