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电流探头的干扰源电流谱测试

抑制电磁干扰是提高轻型和小型光纤陀螺仪低速灵敏度的关键问题。为了减少电磁干扰,必须深入分析干扰源的干扰特性、耦合通道的传输特性和敏感设备的抗干扰特性。

以光纤陀螺为基础Sagnac 角速度传感器具有灵敏度高、动态范围广等优点,广泛应用于惯性测量领域。光纤陀螺作为一种极其精密的测量仪器,用0.01°/h 以典型惯导产品为例,依托相关检测原理,可以实现nV 级微弱信号检测,但对某些干扰信号也非常敏感。例如,光纤陀螺的一个主要技术问题——死区作为典型的数模混合电路,光纤陀螺具有复杂的电磁干扰。随着光纤陀螺仪向轻、小、组件电路一体化方向发展,电磁干扰,特别是电源干扰,已成为限制光纤陀螺仪低速灵敏度的关键问题。

为了有效评价光纤陀螺检测电路电源分配网络设计的合理性,需要从电磁兼容的角度分析光纤陀螺典型电源干扰传输通道。本文选取DAC(DigitaltoAnalogConverter)光电探测器(PINFET)以电流探头为研究对象的电源干扰传播通道DA 测量芯片电源管脚干扰电流谱,获得干扰源的干扰特性,为后续量化干扰大小、改进电源分配网络设计提供指导。

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。DAC 探测器是一种敏感设备,传输通道是两者之间的电源分配网络。

沿电源通道干扰DAC 从芯片到探测器信号输出端的传输示意如图1所示 所示。由于DA 转换芯片与探测器之间的电源分配网络并不理想 所以阻抗平面DAC 芯片产生的

干扰电流I(覼)流过PDN 的阻抗Z探测器的电源输入端产生一定的电压波动V干扰电压通过电源端进入探测器,最终耦合到探测器的信号输出端,成为调制串扰的一部分。后续信号调节电路放大后,会影响光纤陀螺的性能和精度。

因此,通过合理的抑制手段,必须获得干扰源的干扰特性、传输通道的耦合特性和敏感设备的抗干扰特性DAC 传输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

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,可测量幅值为5mA 以下交流电流满足测量使用要求。同时,作为一种不接触电源线的环形电流钳,不需要改变原有的电路结构,便于实验操作。用导线将DA 转换芯片 5V 电源管脚的限流0 欧电阻R64 短接,将电流探头卡在导线上,即导线通过电流钳的环形闭合区域,实验硬件平台如图2所示 所示。

陀螺仪的输出数据分别在高速和低速下收集,用电流探头测量陀螺仪的正常工作状态,探头一端卡在导线上,另一端连接示波器。设置示波器时域的采集带宽为0~3MHz,选择AC 耦合,去除直流偏置,在瞬态捕获后进行FFT 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 如图3所示 所示

与解调方波谐波同频的干扰信号功率谱可在图中显示,实际电流谱可在一定转换后获得。从测得的干扰电流谱可以看出,DA 转换芯片的电源管脚扰电流混合在转换芯片的电源管脚电流中。根据相关检测原理,光纤陀螺只对解调方波奇倍频处的干扰信号敏感,因此在后续研究中需要来自DA与解调方波奇倍频同频的干扰抑制了转换芯片干扰信号中的干扰。

通过对DA 测量转换芯片电源管脚的干扰电流谱,可以看出干扰主要来自与陀螺解调方波同频的信号。在获得干扰源的干扰特性后,可以抑制特殊频率的干扰,从而提高光纤陀螺检测电路的抗干扰能力。

标签: 93z光纤传感器

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