传感器信号调理电路电磁兼容性研究

论文摘要

传感器是信息时代的关键技术之一,它是获取准确可靠信息的重要手段。传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门综合技术,是在当代科学技术领域中,实现信息化的基础技术之一。通常,传感技术中传感器由敏感元件、传感元件和其它辅助件组成,有时也将信号调节与转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分。在传感器测量电路中,经常遇到不同类型信号之间的相互转换问题,以使具有不同输入、输出的器件可以联用。这就需要信号调理电路来实现这些功能,以抑制噪声和实现信号的转换。此电路设计的优化程度如何,直接关系到传感器系统的测量精度和稳定性等方面。由于传感器的信号调理电路处理的是比较微弱的信号,电路相对比较复杂,而且还要实行信号的转换,外界的干扰极易耦合到电路中影响到有用信号,外界极小的骚扰都有可能给输出结果带来很大误差或者是完全错误的结果。信号调理电路内部各器件间的干扰也相当严重。因此,传感器的信号调理电路的电磁兼容性问题是传感器技术的重要组成部分。目前大量的信号调理电路是以印制电路板(PCB)作为载体来实现的,所以本论文的主要研究对象为PCB上信号调理电路的电磁兼容性问题。本论文首先介绍了电磁兼容的基本原理,以及涉及到的标准和规范。在从形成电磁干扰形成的三要素入手对各种耦合问题进行建模分析后,实现了分析信号调理电路的电磁兼容性问题的软件,主要计算类型包括导线之间的串扰、屏蔽电缆的串扰、屏蔽效能、场对线的耦合、孔缝泄漏场对走线的耦合、电缆的转移阻抗等问题,详细的分类情况可见第五章的程序框架结构图。论文对构成传感器信号调理电路的常用器件进行了电磁兼容性分析,以及介绍了在这些器件在设计中所采用的抑制干扰的措施,并且重点从电磁兼容性方面考虑,采用MAX1450设计了用于压阻式传感器的信号调理电路的印制电路板。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 背景和意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 论文结构安排
• 第二章 电磁兼容原理
• 2.1 电磁兼容性的基本概念
• 2.1.1 电磁兼容
• 2.1.2 电磁干扰的三要素和传播途径
• 2.2 电磁兼容标准和规范
• 2.3 电子系统的EMC 要求
• 2.4 电磁兼容性控制技术
• 2.5 电磁兼容性的工程预测分析
• 第三章 传感器信号调理电路的电磁兼容设计
• 3.1 信号调理电路简介
• 3.1.1 信号调理电路的组成
• 3.1.2 对信号调理电路的要求
• 3.2 传感器的信号处理
• 3.2.1 传感器静态误差补偿
• 3.2.2 滤波
• 3.2.3 噪声抑制
• 3.3 信号调理电路中常用电路的电磁兼容性设计
• 3.3.1 放大器的电磁兼容性设计
• 3.3.2 A/D 转换器的电磁兼容性设计
• 3.3.3 电源所致干扰的抑制
• 3.3.4 多路开关及其抗干扰设计
• 3.4 传感器信号调理电路的EMI 敏感性模型
• 第四章 印制电路板的电磁兼容
• 4.1 元件的非理想性能
• 4.2 PCB 等效物理模型
• 4.3 PCB 上走线之间串扰分析
• 4.3.1 三导体传输线方程
• 4.3.2 串扰的三导体传输线模型及其解
• 4.3.3 PCB 串扰模型
• 4.4 外场对PCB 上走线的耦合
• 4.5 孔缝泄漏电磁场对PCB 走线的耦合
• 4.5.1 孔缝衍射场
• 4.5.2 PCB 上走线终端的耦合电压
• 4.6 屏蔽效能的分析
• 4.6.1 平面波的屏蔽
• 4.6.2 近区场源的屏蔽
• 4.6.3 金属腔体缝隙屏蔽
• 第五章 软件设计
• 5.1 软件开发的意义
• 5.2 软件开发环境介绍
• 5.3 软件管理平台的实现
• 5.4 软件所实现的功能模块
• 5.5 软件功能模块分析界面
• 5.6 软件的验证
• 5.6.1 印制导线之间的串扰耦合
• 5.6.2 外场对印制导线的耦合
• 5.7 安装程序的制作
• 第六章 信号调理电路的EMC 设计
• 6.1 器件的选择
• 6.2 Max1450 芯片技术资料
• 6.3 方案设计
• 6.4 PCB 布局
• 6.5 PCB 布线
• 6.6 实际的PCB 板图和实物图
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 发表学术论文