Analogtechnik Sensoren und Lasten außerhalb von Leiterplatten anregen

Die Snubber- und Shunt-Methoden sind zur Kompensation oder Isolation einer kapazitiven Last nützlich und stabilisieren den D/A-Wandler, wenn die Last oder der Sensor entfernt angeregt wird.

Anbieter zum Thema

ROHM Semiconductor GmbH

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Analog Devices

In verteilten Systemen werden analoge Signale zu oder von Sensoren oder Lasten übertragen. Da Signale in dieser Art von Systemen oft lange Strecken zurücklegen, ist das Thema Rauschen von zentraler Bedeutung. Rauschen koppelt in die zu übertragenden Signale ein, beschädigt Daten und generiert unerwünschte Effekte.

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Daher müssen solche Systeme richtig geschützt werden. Erst wenn der Anteil und die Beschaffenheit des zu erwartenden Rauschens bekannt sind, lässt sich der erforderliche Schutz, der implementiert werden muss, um das Rauschen auszulöschen oder zumindest in der Umgebung vorhandene Störungen zu minimieren, definieren.

Es gibt zwei unterschiedliche Arten von Rauschen oder Interferenzen. Dies hängt davon ab, wie das Rauschen in das Hauptsignal eingekoppelt wird – Gleichtaktrauschen oder differenzielles Rauschen (Bild 1).

Die weniger schädliche Rauschart ist das Gleichtaktrauschen. Gleichtaktrauschen addiert sich sowohl zur System-Masse (GND) als auch zum Anregungssignal. Hauptsächlich ist es auf einen Dipol-Antenneneffekt zwischen Kabeln und echter Masse zurückzuführen.

Gleichtaktrauschen beeinträchtigt das Signal nicht, da das Rauschen gleichzeitig in ähnlicher Größenordnung in beide Kanäle eingekoppelt wird. Das Problem ist, dass Gleichtaktrauschen einen Signaloffset erzeugt, der das echte Massepotenzial anhebt und zwei unerwünschte Effekte bewirkt.

Erstens kann es die Last in die Sättigung bringen, falls sie indirekt auf echte Masse bezogen ist. Zum Beispiel wenn der Sensor durch ein Metallgehäuse geschützt ist. Zweitens kann ein Lichtbogen entstehen, der den Sensor beschädigt.

Gleichtaktrauschen ist besonders problematisch, wenn eine Wheatstone-Brücke angeregt wird. In diesem Fall muss das Ausgangssignal vom Controller verarbeitet werden. Dies erfolgt normalerweise mit einem Instrumentenverstärker, der einen endlichen CMRR-Wert (Wert für die Gleichtaktunterdrückung) aufweist und somit Rauschen verstärken kann.

Gleichtaktrauschen lässt sich minimieren, indem man das Eingangssignal über Tiefpassfilter leitet (zum Beispiel RC-Filter) oder Gleichtaktdrosseln einsetzt. Ein wichtiger Punkt ist, dass asymmetrisch gedämpftes Gleichtaktrauschen differenzielles Rauschen erzeugt.

Ein praktisches Beispiel für eine asymmetrische Dämpfung ist ein Tiefpassfilter. In diesem Fall ergibt sich die Grenzfrequenz aus den Werten des Widerstands (R) und des Kondensators (C). Aufgrund von Bauteiltoleranzen hat man für beide Verbindungsleitungen unterschiedliche Grenzfrequenzen.

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