文档介绍：4. 从转换原理上抑制串模干扰 积分型模/数转换是对输入信号的平均值而不是瞬时值进行测量, 因此积分型模/数转换原理具有较强的抗串模干扰 能力。 设信号电压为Ux, 串模干扰电压可以用傅氏级数分解, 如果只研究其中一个分量,则可以认为是一个幅值为Unm、周期为τ、角频率为ω=2π/τ、按照正弦规律变化的电压叠加于被测信号之上, 如图2-67所示。此时加在积分器输入端的电压为 U=Ux+Unm sin(ωt+f) (2-87) 式中, f=2πδ/τ为初相角。
图2-67 干扰与被测信号的叠加
因为转换器是对正向积分时间T内输入电压的平均值进行转换, 即对
(2-88)
进行转换, 所以转换误差是U与信号电压Ux的平均值的差值, 即
(2-89)
将式(2-87)代入式(2-89), 得
(2-90)
可见, 转换误差随δ而变, 即
为了定量地衡量转换器对串模干扰的抑制能力, 定义串模干扰抑制比为串模干扰电压的幅值Unm与由此干扰引起的转换误差的最大值εmax之比, 并取对数用分贝表示, 即
(2-91)
(2-92)
显然, SMRR的数值越大, 转换器对串模干扰的抑制能力就越强。根据式(2-92)可知, 随着串模干扰频率的增大(即周期τ的减小), SMRR的数值总体趋势是增大的, 亦即对于积分型转换器, 干扰频率越高, 对其抑制能力越强。随着T的增大, SMRR的总体趋势也是增大的; 当T=nτ(n为整数)时, SMRR=∞, 说明干扰被完全抑制掉了。积分型A/D转换器的串模干扰抑制比与干扰频率的关系曲线如图2-68所示。图2-68所对应的采样时间为40 ms,因此对25 Hz、 50 Hz、…的干扰就有无穷大的抑制能力。
图2-68 积分型A/D转换器的串模干扰抑制比与干扰频率的关系曲线
但是, 实际中的干扰频率(主要是工频)会缓慢变化, 使T≠nτ。根据式(2-90)可知,此时不仅转换误差不等于0, 而且当正向积分阶段的起始时刻相对于干扰周期不固定(即δ不固定)时, 转换误差也在不确定地变化, 造成连续测量时测量结果出现跳字现象。图2-69 所示是两种情况下的转换误差示意图, 转换误差的大小正比于阴影部分的面积。在这种情况下,要想提高抗干扰能力, 可以使正向积分阶段的起始时刻与工频周期的过零点同步。
这时, 由工频干扰频率的波动所引起的误差是固定不变的。而且, 由图2-69可知,这时的转换误差也比较小。相隔半周期两次采样, 再取两次采样结果的平均值, 也能够提高积分型模/数转换器的抗干扰能力。此外, 还可以采用倍频电路, 由锁相倍频器产生频率为工频的整数倍的时钟, 提供给积分型模/数转换器, 能够精确地实现T=nτ。
图2-69 正向积分起始时刻对转换误差的影响
(a) 与过零时刻同步; (b) 与最大值时刻同步