Analogtipp Empfindlichkeit von Sensoren verbessern

Entwickler benötigen oft Sensoren, die leistungsfähiger als die derzeit auf dem Markt angebotenen Modelle sind. Bei voneinander unabhängigen Fehlerquellen lässt sich eine höhere Empfindlichkeit durch Mitteln der Ergebnisse mehrerer Sensoren erzielen. Dieser Analogtipp beschreibt, wie das geht.

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Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Kisling AG

Analog Devices

Allgemein gilt: Für n Sensoren, deren Ergebnisse gemittelt werden, verbessert sich das charakteristische Verhalten um √n.

Beim Einsatz von Sensoren mit Analogausgang ist die Mittelwertbildung im analogen Bereich in der Regel leichter. Oft sind dazu nur einige Widerstände sowie ein Pufferverstärker erforderlich.

Bei einigen Sensoren ist der Aufwand sogar noch geringer. Im Bild ist eine Schaltung zu sehen, bei der der Mittelwert der Ausgänge von drei Beschleunigungsaufnehmern (ADXL103) gebildet wird. Ausgangsseitige Widerstände sind bereits vorhanden. Diese bilden einen RC-Bandpass. Zusätzlich wird nur noch ein Pufferverstärker benötigt. In der dargestellten Konfiguration sinkt das Rauschen von 110 µV/√Hz auf 64 µV/√Hz.

Für die meisten anderen, nicht-systemischen Fehlerquellen wie Bias- und Empfindlichkeitsfehler und Temperaturkoeffizienten (alles, was eine zufällige Verteilung in den Histogrammen im Datenblatt aufweist) können mit mehreren Sensoren ähnliche Verbesserungen erzielt werden.

Viele Sensortypen lassen sich in dieser Schaltungskonfiguration verwenden. Sogar bei Operationsverstärkern und Spannungsreferenzen können Mittelwerte gebildet werden, um die Rauscheigenschaften zu verbessern. Es muss lediglich sichergestellt werden, dass die Fehlerquellen in den einzelnen Bauteilen voneinander unabhängig sind.

*Harvey Weinberg ist Applikationsingenieur bei Analog Devices.

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