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电流探头的干扰源电流谱测试

  发布时间: 2022-06-27      浏览量:127
电流探头

  抑制电磁干扰是提高轻小型光纤陀螺低速灵敏度的关键问题。为了减小电磁干扰,必须对电磁兼容三要素中干扰源的干扰特性、耦合通道的传输特性以及敏感设备的抗干扰特性进行深入分析。

  光纤陀螺作为一种基于Sagnac 效应的角速度传感器,以其灵敏度高、动态范围广等诸多优点被广泛应用于惯性测量领域中。光纤陀螺作为一种极其精密的测量仪器,以0.01°/h 典型惯导级产品为例,依托相关检测原理,能够实现nV 级的微弱信号检测,但同时也对某些干扰信号非常敏感。例如,光纤陀螺的一大技术难题———“死区”,产生的一个重要原因就是同频信号间的串扰。光纤陀螺作为典型的数模混合电路,自身电磁干扰情况复杂。随着光纤陀螺向着轻小型和组件电路一体化方向发展,由电磁干扰特别是电源干扰带来的问题日益突出,成为限制光纤陀螺低速灵敏度的关键问题。

  为了有效评估光纤陀螺检测电路电源分配网络设计的合理性,需要从电磁兼容角度对光纤陀螺典型电源干扰传播通道进行分析。本文选取DAC(DigitaltoAnalogConverter)到光电探测器(PINFET)的电源干扰传播通道为研究对象,使用电流探头对DA 转换芯片电源管脚干扰电流谱进行测量,得到干扰源的干扰特性,从而为后续量化干扰大小、改进电源分配网络设计提供指导。

电流探头的干扰源电流谱测试

  电源干扰传播特性分析从电磁兼容的角度来说,如果要保证敏感设备在受到干扰源干扰的情况下仍然可以正常工作,则应该满足:干扰源强度×通道衰减< 敏感设备的抗干扰能力。在电源干扰传播过程中,DAC 为干扰源,探测器为敏感设备,传输通道为两者之间的电源分配网络。

  干扰沿电源通道从DAC 芯片到探测器信号输出端的传播示意如图1 所示。由于DA 转换芯片和探测器之间的电源分配网络不是理想的0 阻抗平面,所以DAC 芯片产生的

  干扰电流I(覼)流过PDN 的阻抗Z(覼)后会在探测器的电源输入端产生一定的电压波动V(覼),这个干扰电压通过电源端进入到探测器内部,最终耦合到探测器的信号输出端,成为调制串扰的一部分,经过后续信号调理电路的放大后对光纤陀螺的性能和精度产生影响。

  因此,必须得到干扰源的干扰特性、传输通道的耦合特性以及敏感设备的抗干扰特性,才能通过合理的抑制手段将DAC 传递到探测器的电源干扰控制在不影响陀螺精度的范围内。

  3 干扰源电流谱测量

  该探头最大检测电流为5A,电流电压转换关系为1V/A,带宽为120MHz,可以测量幅值在5mA 以下的交流电流,满足测量使用要求。同时作为一种环形电流钳,其不与电源的导线相接触,可以不必改变原有电路结构,方便实验操作。用导线将DA 转换芯片+5V 电源管脚处的限流0 欧电阻R64 进行短接,将电流探头卡在该导线上,即导线穿过电流钳的环形闭合区域,实验硬件平台如图2 所示。

电流探头的干扰源电流谱测试

  在高速和低速情况下分别采集陀螺的输出数据,判断陀螺处于正常工作状态后用电流探头进行测量,探头一端卡在导线上,另一端接示波器。设置示波器时域采集带宽为0~3MHz,选择AC 耦合,去掉直流偏置,瞬态捕捉后进行FFT 变换,设置变换带宽为10kHz~3MHz,采样率为10GHz/s,RBW=5kHz。

  将示波器设置为谐波搜索模式,得到DAC 芯片+5V 电源管脚干扰电流谱波形如图3 所示

电流探头的干扰源电流谱测试

  图中可以显示出与解调方波谐波同频的干扰信号功率谱,经过一定的转换后即可得到实际电流谱。由测得的干扰电流谱可以看出,DA 转换芯片的电源管脚供电电流中夹杂着与解调方波各次谐波同频的干扰电流。根据相关检测检测原理,光纤陀螺仅对解调方波奇倍频处的干扰信号敏感,因此在后续的研究中需要将来自DA转换芯片干扰信号中与解调方波奇倍频同频的干扰抑制掉。

  通过对DA 转换芯片电源管脚的干扰电流谱进行测量,可以看出干扰主要来自与陀螺解调方波各次谐波同频的信号。由此得到干扰源的干扰特性后可以有针对性地对特殊频率处的干扰进行抑制,从而提高光纤陀螺检测电路的抗干扰能力。

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