摘要：50Hz工頻電磁場干擾是硬件開發(fā)中難以避免的問題,，特別是敏感測量電路中，工頻電磁場會使測量信號淹沒在工頻波形里,，嚴(yán)重影響測量穩(wěn)定度,，故消除工頻電磁場干擾是敏感測量電路設(shè)計中不可逃避的挑戰(zhàn),。

　　PT100是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的測溫方案，各位工程師在應(yīng)用此方案時是否會遇到這樣的問題：為什么PT100測溫電路會存在周期性小波動,？該如何解決,？其實出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象主要可能是存在如下幾個原因：

　　1.50Hz工頻電磁場的影響；

　　2.周圍電機或者繼電器等開關(guān)動作造成的群脈沖干擾,；

　　3.傳導(dǎo)進去系統(tǒng)的工頻共模干擾,。

　　圖1 工頻電磁場波形

　　由于是測量電路存在周期性波動，那工頻電磁場擾動的可能性更大,，用示波器觀測工頻電磁場波形如圖1,，一般認為50Hz工頻電磁場干擾是由兩方面原因產(chǎn)生：

　　1.50Hz工頻干擾通過傳導(dǎo)進入系統(tǒng)

　　2.50Hz工頻干擾通過空間耦合進入系統(tǒng)

　　針對上述問題，消除50Hz工頻電磁場干擾的方法也相對明確,，有下述四種方案可供電路設(shè)計者去參考：

　　1.利用電氣隔離,，阻斷工頻干擾的傳導(dǎo)路徑。

　　2.敏感電路處搭建共模抑制和濾波電路,，濾除進入輸入通道的工頻擾動,。

　　3.軟件中構(gòu)建IIR陷波或者FIR帶阻數(shù)字濾波器，消除工頻干擾對測量結(jié)果的影響,。

　　4.降低測量引線回路面積,，增加屏蔽，減弱空間耦合效應(yīng),。

　　ZLG推出一款雙通道熱電阻隔離測溫模塊TPS02R,，轉(zhuǎn)為敏感電路而設(shè)計，充分考慮50Hz工頻干擾,，如圖2,，我司采用多種方案抑制工頻干擾，使得TPS02R模塊分辨率可達0.01℃,，且可以長時間穩(wěn)定運行,。

　　圖2 TPS02R系統(tǒng)方案

　　如上圖系統(tǒng)方案所示，針對50Hz工頻干擾,，在“基準(zhǔn)緩沖電路”中,，采用硬件濾波電路，降低50Hz工頻對ADC芯片基準(zhǔn)電壓的影響,。如圖3,，本質(zhì)上是一個電壓跟隨緩沖電路結(jié)合低通濾波器，R1C1針對50Hz濾波,，R2R3C2C3針對50Hz高次諧波的過濾,。

　　圖3 緩沖濾波電路

　　具體-3dB頻率響應(yīng)計算如式

　　ADC芯片內(nèi)部PGA采用儀表放大器結(jié)構(gòu)大幅度衰減共模工頻干擾,，且內(nèi)置數(shù)字處理器，對輸入信號進行數(shù)字濾波處理,，其中數(shù)字濾波算法頻率響應(yīng)如圖4所示,，數(shù)字濾波算法的陷波點在10Hz,20Hz,40Hz,80Hz頻率的整數(shù)倍處響應(yīng)，所以選擇10Hz頻率的輸出,，可以一定程度的衰減50Hz工頻擾動,。

　　圖4 數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)

　　結(jié)合電氣隔離方案從源頭處防止50Hz工頻從電源處傳導(dǎo)進入系統(tǒng)影響敏感信號采集端,。模塊采用四層板布局,，大面積敷銅接地，讓地阻抗降到極低,，系統(tǒng)的信號回路盡可能縮短,，從而抑制50Hz工頻干擾的產(chǎn)生。

　　上述四種方案均運用在我司高精度測溫模塊TPS02R上,，對于50Hz工頻電磁場干擾,，TPS02R有很強的適應(yīng)性，現(xiàn)將我司TPS02R與一款RTD非隔離測量方案做對比：

　　圖5 相關(guān)產(chǎn)品實測數(shù)據(jù)

　　如圖5,，在相同環(huán)境下,，利用福祿克5520A源表模擬RTD測試相關(guān)產(chǎn)品，模擬溫度為0℃,，測量145次,，統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)。測試使用PC的USB接口供電,，因此與5520A源表之間存在常見的50Hz工頻干擾信號,。圖5的測試數(shù)據(jù)之中，非隔離RTD測量方案存在一定的波動,，波動范圍在[-0.44,，0.44]℃，而TPS02R測量的波動范圍在[0.046,0.072]℃,，受50Hz工頻電磁場影響非常小,，用以驗證以上抗50Hz工頻電磁場影響的設(shè)計有效性。在供電情況復(fù)雜或存在不確定性的應(yīng)用環(huán)境中,，使用內(nèi)置電氣隔離的TPS02R模塊,，可以方便、穩(wěn)定地實現(xiàn)PT100溫度測量,。

圖6  TPS02R產(chǎn)品圖片