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( ?0 ? b* r% K r热电偶测温电路中的输入信号往往伴随噪声和干扰。* R$ u% ?8 l% K* n6 _, f0 M
! A6 Z; Y# v% |* K为抑制噪声、提升测温精度,通常需要在ADC前端设计低通滤波器。
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以下是设计无源滤波电路时需要考虑的关键因素:
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滤波器类型与阶数) n- `5 a/ J: y0 }$ D% J; k
一阶低通滤波器:结构简单,适合对低频噪声进行初步抑制。其截止频率 fcf_cfc 由公式计算:) _( G6 _* ?1 b- X( p% {; I: x0 l
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示例电路如下图所示,截止频率设定为约48.85Hz。8 w8 J" O( k% _: l
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+ R- d4 ?% A7 E2 x/ {) f二阶低通滤波器:相比一阶滤波器,二阶结构可实现更陡峭的衰减,提高对高频噪声的抑制效果。; Z# D' O! i" X- ^7 L; S- D6 b; o
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二阶电路示意如下图所示,显示截止频率约为24.56Hz。
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# h8 }4 R# N4 D# ?* E1 m) T滤波器参数设计
5 d4 ~+ x, X6 N @6 w, m) R/ V截止频率选择
8 Q+ L+ d$ m/ |* X1 |; k \- N \( a3 [: b5 H1 x Q9 H
低截止频率:对高频噪声有更强抑制能力,但过低可能导致响应时间变长、滤波器元件成本增加。高截止频率:响应速度快,但对工频(50Hz)干扰的抑制效果可能不足。一般将截止频率设计在30Hz~40Hz范围内,兼顾响应速度与抗干扰能力。[/ol]- G1 ^9 |' j% Q8 {% @
阻容元件选择
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电阻值:需平衡滤波效果与采样电压建立时间,推荐电阻值不超过500Ω。电容值:大容值电容有利于降低截止频率,但可能增大电路体积与成本。例如,将一阶低通滤波器的截止频率设为25Hz时, C3C_3C3 的容值接近8μF。[/ol]/ e" v6 {* H! l. Z0 n9 C* @
温漂与压电效应
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滤波器元件的温漂(电阻温度系数)和压电效应(电容机械应力影响)会引入额外误差,需选用高精度、低温漂的元件,如金属膜电阻和钽电容。
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设计余量
9 }: i2 ]0 r1 T& G. v% \4 R! `为了保证滤波性能,设计中需要预留一定余量。& ~ D; E+ O% i- G: ?. Y
3 Z) l, L( ]* W- k4 U& E% l# w例如,将理论截止频率稍微降低,以应对温漂等不可控因素的影响。, U" q2 X2 k6 ]# I5 u; @: ?
多级滤波器设计
# b0 ^& U( ]: h若需要更精确的高频噪声抑制,可在二阶滤波基础上进一步增加滤波级数。需权衡级数与响应时间的关系,避免过度复杂化。
$ u; J) l+ a) j共模与差模噪声的区分# ]7 Y! f P2 _ |1 V
根据经验,共模电容值 Ccm 通常比差模电容 Cdm 小10倍以上,以避免引入过大的共模失调。
. e5 G) N9 R, T+ `; }0 o滤波电路与热电偶布线
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热电偶信号线应使用屏蔽线,降低外界电磁干扰。滤波电路需尽量靠近ADC,减少长线引入的噪声。3 f3 T: ?9 \$ r
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