Murata Correction du bruit - Amélioration du dysfonctionnement du capteur

Mécanismes dans lesquels le bruit provoque des dysfonctionnements des capteurs

Les capteurs mono-puce se composent principalement de trois types de lignes : signal, alimentation et GND (terre). De plus, la communication est réalisée en utilisant plusieurs lignes de signaux telles que l'horloge et les données. Murata a examiné les effets lorsque du bruit est appliqué aux différentes lignes.

Application du bruit aux lignes de signaux numériques

Un exemple de dysfonctionnement où la communication ne peut pas être effectuée correctement est lorsqu'un bruit est appliqué aux lignes de signaux numériques et produit une appréciation incorrecte, le niveau a dépassé la valeur seuil haute ou est tombé en dessous de la valeur de seuil basse.

Murata a en fait introduit du bruit dans la ligne de signal numérique d'un accéléromètre particulier pour évaluation et a confirmé le dysfonctionnement là où la communication s'est arrêtée.

Application du bruit aux lignes d'alimentation

L'interface frontale analogique comprend un amplificateur et des circuits de conversion A/N. Lorsque les alimentations de ces circuits fluctuent et que les circuits ne fonctionnent pas correctement, un dysfonctionnement peut se produire lorsque des valeurs anormales sont produites.

Murata a introduit le bruit sur la ligne d'alimentation d'un accéléromètre pour l'évaluation et a confirmé le dysfonctionnement dans lequel la sortie a été perturbée.

Points clés des contre-mesures du bruit des capteurs

Ce sont les conditions recherchées dans les filtres utilisés comme contre-mesures contre le bruit dans les capteurs : 
1. Passer l'alimentation et les signaux nécessaires au fonctionnement
  2. Bloquer le bruit qui provoque des dysfonctionnements

Les capteurs de type mono-puce sont disponibles dans une variété de types et de noms de produits, mais il n'y a pas de grandes différences dans les filtres utilisés comme contre-mesures du bruit.

En effet, les deux conditions recherchées dans un filtre sont communes à tous les capteurs.
  1. Passer l'alimentation et les signaux nécessaires au fonctionnement
  → Capteurs de type mono-puce ont des interfaces standardisées (broches IC)
2. Bloquer le bruit injecté qui provoque des dysfonctionnements
 → Les spécifications du bruit injecté sont normalisées avec un test d'immunité

Position de montage du filtre

Murata a déterminé que le filtre devait être monté à proximité du capteur pour être efficace.

Contre-mesures contre le bruit des lignes d'alimentation

Les filtres avec une perte d'insertion élevée sur une large bande passante, des basses fréquences aux hautes fréquences, sont parfaitement adaptés pour une utilisation dans les contre-mesures du bruit des lignes d'alimentation.

Les contre-mesures qui utilisent uniquement des condensateurs auront besoin d'un condensateur avec une grande valeur de capacité qui couvre le côté basse fréquence ainsi qu'un condensateur ESL faible pour obtenir une perte d'insertion à haute fréquence.

L'association de condensateurs et d'une inductance offre l'avantage d'une augmentation notable des pertes d'insertion. Dépassant l'utilisation d'un inducteur, un filtre plus efficace contre le bruit peut être obtenu en disposant une capacité suffisante du côté du capteur dans une configuration à plusieurs niveaux.

Contre-mesures de bruit de ligne de signal

Les contre-mesures de bruit pour les lignes de signaux (données/horloge) nécessitent une conception de filtre avec une faible perte d'insertion aux fréquences de signal qui devraient être transmises.

Des contre-mesures utilisant uniquement des condensateurs sont possibles lorsque les niveaux de bruit sont faibles ou lorsque les fréquences du signal et du bruit sont séparées. Mais lorsque la fréquence du signal et la fréquence du bruit sont proches, il devient nécessaire de configurer des filtres avec des caractéristiques de perte d'insertion pointues en combinant des inductances et des condensateurs.

Points clés lors de l'utilisation d'inducteurs

Lorsqu'un inducteur est inséré dans une ligne spécifique uniquement, la conversion en mode normal (une différence de potentiel) se produit et la ligne devient déséquilibrée. Cela augmente la probabilité que les dysfonctionnements s'aggravent. Lors de l'insertion d'inducteurs, Murata a déterminé qu'il était important d'utiliser la même référence de composant dans toutes les lignes. Remarque : les perles de ferrite, un filtre de type inducteur, non seulement bloquent le bruit avec une haute impédance, mais absorbent également l'énergie du bruit sous forme de perte par la ferrite. On peut donc s'attendre à une efficacité de contre-mesure du bruit plus élevée.

Exemples de contre-mesures de bruit de ligne d'alimentation

Des irrégularités (erreurs de sortie) de la valeur de sortie du capteur ont été générées par les effets du bruit sur les lignes d'alimentation du capteur. Le niveau de bruit injecté sur la ligne d'alimentation a été maintenu constant et la taille de l'erreur de sortie avant et après l'utilisation de la contre-mesure a été examinée.

Étant donné que le dysfonctionnement de la valeur de sortie du capteur est attribuable au bruit en mode normal des lignes d'alimentation, quatre condensateurs à faible ESL de 0,1 µF ont été insérés à proximité du capteur.

Cette action a entraîné la suppression de l'erreur de sortie du capteur à moins de 1 %.

Lorsque des contre-mesures supplémentaires contre le bruit sont nécessaires, comme mentionné plus haut, les inducteurs et les condensateurs peuvent être configurés dans un filtre de type Pi.

Exemples de contre-mesures de bruit de ligne de signal

La communication du capteur peut s'arrêter en raison de l'effet du bruit sur la ligne de signal du capteur. Le niveau de bruit injecté a été augmenté et le niveau limite de bon fonctionnement (en l'absence de dysfonctionnement) a été examiné.

        •Initiale : la résistance aux dysfonctionnements diffère considérablement avec la fréquence. (dans cet exemple, la résistance est faible à 100 MHz et 250 MHz.)
•Contre-mesure 1 : l'ajout de condensateurs améliore la résistance aux dysfonctionnements à 100 MHz et 250 MHz.
•Contre-mesure 2 : une configuration de perles de ferrite et de condensateurs améliore la résistance aux dysfonctionnements à 200 MHz et 250 MHz.
•Contre-mesure 3 : pour obtenir un équilibre, un filtre de type Pi est configuré pour la ligne d'alimentation et des perles de ferrite sont ajoutées à la ligne de terre (GND). Cela améliore la résistance aux dysfonctionnements dans toutes les gammes de fréquences.

En mettant la contre-mesure 3 (circuit recommandé) en pratique, il a été confirmé que la résistance au bruit est devenue favorable sur toute la bande passante.

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