仪表放大器的有源保护屏蔽

电器工程 噪音 接地 仪表放大器 屏蔽 称重传感器
2022-01-09 23:59:06

我想使用 AD8221 放大器作为我的称重传感器的调节器。我看到为了减少噪音,我可以在放大器的“REF”和屏蔽之间使用“有源保护屏蔽驱动器”。

驱动警卫 主动后卫司机

如果有人已经使用过类似的东西或对这个主题有知识,如果你能解释我为什么以及它是如何工作的,那将对我有所帮助?如果我真的需要使用它?

仅将“参考”连接到我的 GND 并连接到我的屏蔽层还不够吗?

4个回答

[这是@VoltageSpike 答案的更具理论性的附录。]

当信号源(传感器)具有高输出阻抗时,使用有源驱动保护。放大器输入具有(非常)高阻抗,因此当信号源也具有高阻抗时,信号线之间的泄漏可能会引入显着且不受控制的偏移。这个偏移量将无法与传感器信号区分开来。

有源驱动保护的主要特点是保护的电压接近于它所保护的信号的电压。泄漏是由电压梯度驱动的。如果敏感信号被接近信号电压的电压包围,那么电压梯度会很小,泄漏也会很小。

考虑一个例子。GND、Signal-、Signal+、+5V 是 PCB 上的走线。它们按顺序并排运行。它们以 0.25mm [10mil] 的间距均匀分布。Signal- 和 Signal+ 是来自高阻抗源的差分信号。它们的共模电压为 2.5V,差分元件要小得多。信号线会有泄漏,泄漏是由电压梯度驱动的。从 Signal- 到 GND 会有泄漏电流,从 +5V 到 Signal+ 会有泄漏电流。

我们如何修复这个例子?我们可以在敏感信号周围添加一个保护:GND、Guard、Signal-、Signal+、Guard、+5V。我们将使用等于 Signal- 和 Signal+ 的共模电压的电压来驱动保护。现在,最靠近敏感信号的走线与信号本身的电压几乎相同。更小的电压梯度,更小的泄漏。我们将创建一个跟踪公共电压的电路(因为它可以变化),并调整保护电压。

如果目标是屏蔽射频,那么只需将屏蔽层的一端连接到 PCB 或机箱地线的地线(而不是在会形成接地回路的传感器端)。没有必要驱动盾牌。当传感器电流在 nA 范围内或更低时,驱动屏蔽通常用于非常高的阻抗测量,因为即使是静态场也会影响测量。

对于大多数称重传感器,传感器输出的电流远高于 nA,电缆泄漏(来自电阻)的误差将最小(更简单的方法是使用聚四氟乙烯等材料制成的高电阻电缆,而不是使用驱动屏蔽,确保电缆电阻高于 1MegΩ)。

如果使用惠森称重传感器,这应该适用于在所有四个导体上都使用屏蔽电缆的大多数情况。 资料来源:https ://hackaday.com/2015/03/16/instrumentation-amplifiers-and-how-to-measure-miniscule-change/
在此处输入图像描述

在任何情况下,如果您确实使用驱动屏蔽(如果称重传感器电阻高于 1kΩ,您可能需要担心),然后使用图 16-7 中的图表(图 23 将不起作用,因为两条传感器线都需要被屏蔽并且接地不应与屏蔽相连,接地应返回到放大器)。

我不知道您是否可以使用此选项,但您是否考虑过使用带有内置信号调理的称重传感器?除了在高 EMC 环境中运行 mV 信号,您还可以使用具有低驱动阻抗的 0-10 或 ±10V 信号。这当然取决于称重传感器的尺寸和设计中其他可能的机械限制。还有一些小型直列式调节放大器可以与现有的称重传感器一起使用: https ://sps.honeywell.com/us/en/products/sensing-and-iot/test-and-measurement-products/instrumentation/inline -放大器 恕我直言,在高 EMC(RF 是最差的)中运行低电平应变测量非常困难,因为屏蔽可以拾取超出 IA 带宽的各种信号。当您用尽所有其他选项时,驱动护盾应该是最后的手段。

您甚至可以获得带有 USB 或 CAN 总线输出的称重传感器: https ://aesensors.nl/assets/uploads/2016/02/dcell_product_sheet.pdf 这些全数字解决方案的优点是校准在称重传感器内部,而不是需要传感器和 DAS 的单独校准。还有一个用于碰撞测试 (DTI) 的利基 DAS,它将转换器电子设备嵌入称重传感器内,并使用串行数据流多路复用多个高速通道。

您不需要特别关注激励,但请注意,引线会稍微“降低”激励电压(10 英尺不应该成为问题)。同样在远程放大器方法中,激励也在传感器处进行调节,因此有助于抑制噪声。由于这只有 10 英尺,因此您可以在信号输入上使用简单的 LC 滤波器和来自 DAS 的 Vexc。顺便说一句,在风洞中,您可能会发现从力平衡到信号调节器的引线长 250 英尺。根据您尝试测量的信号带宽,一些输入去耦可能没问题。您可以详细说明应用程序,而不是将解决方案放在需求之前:您是否受限于使用特定的称重传感器?您测量的负载范围是多少?应用程序是电池供电还是功率受限?什么是 EMC 频率构成?您要测量的信号是什么(静态负载与动态)?这是一个成本敏感的应用程序,因此您需要尽可能多地进行设计吗?您需要多精确的测量值?只有一个频道?