[参考译文] LMP2012：热电偶放大器产生具有100kHz 干扰的直流失调电压

尊敬的 Marcus：  

对于 K 类型 TC、0C 为0mV、100C 为4.096mV、或者0-100C 范围内的斜率为0.04096mV/C。 斜率为正。  

等温水模块或冷端块必须来自带隙基准电压、如 REF3040。 等温水模块必须在温度范围内保持稳定、否则将无法测量 TC 的电压差与温度之间的关系。  

请注意下图的颜色代码：红色、蓝色和橙色导线、因为红色和橙色导线存在极性差异、不应将其反向连接。  

TC 的冷端或电子参考电压电路应如下所示、请参阅下面的应用参考。  

https://www.ti.com/lit/ml/slyp161/slyp161.pdf

https://www.ti.com/lit/an/sbaa274a/sbaa274a.pdf?ts = 1727821705194&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

https://www.ti.com/lit/an/sbaa354a/sbaa354a.pdf?ts = 1727819827119

请模拟上述电路、看看它是否适合您。 您的 K 型 TC 的设计准确性是多少？ 什么是工作温度范围？

如有其他问题、请告知我们。  

此致！

Raymond

尊敬的 Raymond：  
感谢您的答复。

在本应用中、我们将使用热敏电阻进行冷端补偿、这不在本次讨论的讨论范围内。
放大器按预期工作、请注意、此处使用的"~"不是减号。 放大器输出约为2.77mV/°C、这就是 TC 斜率乘以增益(0.04096mV/°C * 67.67 = 2.771763mV/°C)  

我要尝试解决的问题是 电路容易受到100kHz 干扰的影响。  启用干扰源后、我们会遇到测量的温度升高的情况。
此后、我已经将问题隔离到单位增益运算放大器中、该运算放大器在 TC 的负极引线上产生0.375V 失调电压(原理图中为 TC_OFFSET)。
 当100kHz 信号容性耦合到 TC_N 或 TC_P 网络时、单位增益放大器输出端的平均电压似乎增大。
单位增益运算放大器输入端的平均电压(原理图中为 TC_VREF)不变。

在 TINA 中对电路进行仿真并使噪声耦合到中、未显示该影响。 在 TINA 中、输出上的平均电压为0.37418V、是的、正如仿真的那样、TC_OFFSET 噪声相当大、但输出上的 RC 滤波器能按预期顺利完成平滑处理。

当存在交流耦合干扰时、什么可能导致单位增益放大器在输出端产生更高的平均电压？

现实与这种情况下的仿真有何不同？

谢谢！
Marcus

尊敬的 Marcus：  

我要尝试解决的问题是 电路容易受到100kHz 干扰的影响。 我们在 启用干扰源时体验到测量的温度升高

您的 TC 感应电路是否使用开关电源？ 我假设100kHz 来自开关电源。  

如何获得3.3VDC？ 如果是开关电源--> LDO --> 3.3VDC 低纹波电压直流电源。 请确认。  

GND 是否与100kHz 开关电源隔离？

我需要知道这些参数才能解决噪音问题。 3.3VDC 时的纹波电压是多少？ 在高频下、它应该小于+/-10mVpp 或更佳。

干扰源在哪里？ 噪声源可能会通过3.3VDC 并显示在放大器的输出中。 从下图可以看出、100kHz 下的 PSRR 约有20dB 衰减。  

在 TINA 中对电路进行噪声耦合的仿真不显示此效果。 在 TINA 中、输出端的平均电压为0.37418V、是的、仿真的 TC_OFFSET 噪声相当大、但输出端的 RC 滤波器能很好地将其平滑、如预期。[/QUOT]

噪声干扰可能不来自 TC、因为它具有低阻抗、并且输入端有差模和共模 LPFS。 我不认为100kHz 噪声会从 TC 前端进入  

存在交流耦合干扰时、什么可能导致单位增益放大器在输出上产生较高的平均电压？

如果您的3.3VDC 电源轨有噪声且具有高纹波电压、请尝试以下配置。 使用低 ESR 电容器查看系统是否具有嘈杂的3.3VDC 电源轨。  

我需要了解有关交流耦合干扰的更多信息？ 如何操作以及噪声源来自何处？ 我只是猜测现在。 如果您的100kHz 噪声是辐射源、请在打开3.3VDC 电源时进行检查。 使用运算放大器电源轨上的示波器(在引脚和旁路电容器旁边)检查纹波电压。  

我假设 TC 测量可以正常工作、但高频噪声问题除外。 TC 连接必须端接在等温 块中、如下面的绿色框(冷端温度块)所示。 等温块是温度基准、可以通过热敏电阻、RTD、PN 温度传感器或简单的冰浴(相当于冷端温度的电压)测量电压基准。 我只想确保测量没有配置问题。 噪声问题如上所述、但我需要了解有关您的100kHz 干扰如何产生的更多信息。   

如果您有其他问题、请告诉我。  

此致！

Raymond

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你好,拉蒙德,我对延迟响应道歉。

采用 TC 放大器的 PCB 还为低侧开关频率为100kHz 的负载提供32V 电压。
这在我的 TINA 模型中显示为33mH + 34 Ω、与 TC 线路存在电容耦合。

该系统由两个单独的电源(均以地为基准)提供32V 和5V 电压。 5V 输入通过 LDO 稳压至3V3、3V3电源轨  持续为放大器供电。 3V3也是 MCU 上的 ADC 基准电压、负责在此设计中对许多其他信号进行采样、 即使在 PWM 正在运行时也能正常工作、这使我认为3V3电源不是问题。  

多次回答此问题后、我确定将经过 PWMed 的导体与 TC 导线完全平行放置、会产生偏移。  两者之间通过接地连接的金属箔完全消除了该问题。 增加并联导体之间的距离也可有效地消除失调电压。

作为平行导体长度的函数的偏移量与平行导体的长度成线性关系、直到在临界长度处干扰突然上升到更高的水平、并且在长度进一步显著减小之前不会返回到之前的水平。 似乎有一个辅助

 下图显示 屏蔽已连接但未连接(在第二张图片中很难看到屏蔽已断开、但相信我是这样)。 很抱歉质量较差、这些图像是从视频中拍摄的。  在这种情况下、会超出临界长度、并且振荡很大。  使用的示波器接地长度约为5mm。 使用绞线代替 TC、因此不会对温度产生影响。
放大器输出为绿色、显示 两个图像之间的直流增加。 噪声源用于触发示波器(蓝色迹线)。探测 TC 偏移网以发现黄色迹线。  振荡频率为300kHz (3个 PWM 频率)。  




我的问题是、为什么输入端的这种(相对)高频干扰会在放大器的输出端产生直流失调电压？ 输出端的 RC 滤波器的截止频率为~1kHz。
为什么这与仿真结果不匹配？

尊敬的 Marcus：

如果您使用 LDO 为运算放大器生成3.3VDC、则运算放大器的电源轨可能没问题。  

您如何处理 GND？ 需要将所有接地连接端接至单个点、而该接地点需要连接到 EARTH GND、包括100kHz 辐射源。

由于使用100kHz 开关电源、因此我要将运算放大器的模拟 GND 与开关电源的 GND 隔离。 使用更细或更高规格的电线、例如28或30号线规连接到单个 GND 点(增加的模拟 GND 阻抗应高于开关电源的 GND (较粗的 GND 和较低的线规)。  

在仿真中、共模噪声是相同的、这就是您无法对其进行仿真的原因。 在实际设置中、共模很可能会转换为差分输入信号、当您以特定方式辐射100kHz 信号时、您会开始观察失调电压。  

我在随附的图像中注意到了多项内容。  

a：应该有等温块、在这些块中、不同的 TC 金属端接至铜线。 您需要确保等温块是稳定的、并且外部块被端接至 GND。 理想情况下、这个等温块应与测量电路或运算放大器电路紧密相连。 白色导线可能是您的 Cu 引线、因此很难说 TC 和 TC 金属/CU 端接的位置。 在上一个回复中、以绿色框显示端接块。  

B.使用双绞线 TC 和铜线。  您的铜引线不是双绞线类型。  

c.使用 GND 屏蔽 TC 和同轴铜缆、可比裸线更好地抑制辐射噪声。  

D.您的 LPF 应靠近运算放大器输入电路放置。 我不知道它在哪里。  

e.将 TC 配置为法拉第笼、它可以阻止噪声源的辐射发射。  

噪声源用于触发示波器(蓝色走线)探测黄色走线的 TC 偏移网。  振荡频率为300kHz (3个 PWM 频率)。  [报价]

运算放大器对100kHz 噪声具有一定的 PSRR 抑制、但它对奇次谐波噪声(例如300kHz)没有抑制。 它有可能从那里通过电源引脚、或者通过差分放大器的 Vref 信号耦合进来。  

总之、我列出了辐射噪声可能耦合到系统中的几个领域。 您可能需要使用低 ESR 电容器来将这些噪声敏感节点去耦、并使您的系统更好地抑制辐射噪声。  

您的100kHz 噪声源是由100kHz 方波生成的吗？

请告诉我您是否根据建议改进了噪声抑制。 如果您无法有效地抑制噪声、则可能需要为 TC 的放大前端使用仪表放大器。

如果您有其他问题、请告诉我。  

此致！

Raymond  

 

很抱歉没有互动。 对我来说、还有其他优先事项。
我确实通过两种方式解决了该问题。

1 -在噪声源和 TC 导体之间实施屏蔽。

2 -修改电路使其不易受到影响、请参阅下面的。  

这两者在实践中都是有效的；然而、对电路的修改也解决了一个次要问题、即当 TC 连接到较大的浮动或接地不良的金属物体时、该电路也容易受到50Hz 主干扰。

我仍然对 原始电路仿真的输出为什么与现实不匹配感兴趣、当输入存在纹波时、为什么我们在放大器的输出端看到直流失调电压？ 交流传递特性显示这些频率应大幅衰减。