Murata Correzione del rumore - Malfunzionamento del sensore di ottimizzazione

Meccanismi in cui il rumore causa malfunzionamenti del sensore

I sensori a chip singolo sono costituiti principalmente da tre tipi di linee: segnale, potenza e GND. Inoltre, la comunicazione è ottenuta utilizzando più linee di segnale come clock e dati. Murata ha esaminato gli effetti quando il rumore è applicato alle varie linee.

Applicazione del rumore alle linee di segnale digitali

Un esempio di malfunzionamento in cui la comunicazione non può essere eseguita correttamente è quando il rumore è applicato alle linee di segnale digitali e produce un giudizio sbagliato quando il livello ha superato il valore di soglia elevato o è sceso al di sotto del valore di soglia basso.

Murata ha effettivamente introdotto il rumore nelle linee di segnale digitali di un particolare accelerometro per la valutazione e ha confermato il malfunzionamento in cui la comunicazione si è interrotta.

Applicazione del rumore alle linee di potenza

Il front-end analogico include amplificatore e circuiti di conversione A/D. Quando gli alimentatori di questi circuiti fluttuano e i circuiti non funzionano correttamente, può verificarsi un malfunzionamento quando si producono dei valori anomali.

Murata ha introdotto il rumore nella linea di potenza di un accelerometro per la valutazione e ha confermato il malfunzionamento in cui l'uscita è stata interrotta.

Punti chiave delle contromisure del rumore del sensore

Queste sono le condizioni richieste nei filtri utilizzati come contromisure contro il rumore nei sensori: 
1. Passare l'alimentazione e i segnali richiesti per il funzionamento
        2.  Bloccare il rumore che causa malfunzionamenti

I sensori di tipo a chip singolo sono disponibili in una gamma di tipi e nomi di prodotti, ma non ci sono grandi differenze nei filtri usati come contromisure del rumore.

Ciò è dovuto al fatto che le due condizioni richieste in un filtro sono comuni a qualsiasi sensore.
 1. Passare l'alimentazione e i segnali necessari per il funzionamento
  → I sensori di tipo a chip singolo hanno interfacce standardizzate (pin CI)
2. Bloccare il rumore colpito che causa malfunzionamenti
  → Le specifiche del rumore colpito sono standardizzate con un test di immunità

Posizione di montaggio del filtro

Murata ha stabilito che il filtro deve essere montato nelle vicinanze del sensore per essere efficace.

Contromisure del rumore di linea di potenza

I filtri con un'elevata perdita di inserzione su un'ampia larghezza di banda, dalle basse alle alte frequenze, sono ideali per l'uso nelle contromisure del rumore di linea di potenza.

Le contromisure che utilizzano solo condensatori avranno bisogno di un condensatore con un elevato valore di capacità che copra il lato a bassa frequenza e un condensatore a bassa ESL per ottenere una perdita di inserzione ad alta frequenza.

La combinazione di condensatori e un induttore offre il vantaggio di un notevole aumento della perdita di inserzione. Superando l'uso di un induttore, si può ottenere un filtro più efficace contro il rumore disponendo una capacità sufficiente sul lato del sensore in una configurazione a più livelli.

Contromisure del rumore per le linee di segnale

Le contromisure del rumore per le linee di segnale (dati/clock) richiedono un design del filtro con bassa perdita di inserzione alle frequenze di segnale che devono essere superate.

Le contromisure che usano solo condensatori sono possibili quando i livelli di rumore sono piccoli o quando le frequenze del segnale e del rumore sono separate. Ma quando la frequenza del segnale e la frequenza del rumore sono vicine, è necessario configurare filtri con caratteristiche di sharp perdita di inserzione combinando induttori e condensatori.

Punti chiave quando si usano gli induttori

Quando un induttore è inserito solo in una linea specifica, si verifica la conversione in modalità normale (una differenza potenziale) e la linea si sbilancia. Ciò aumenta la probabilità di peggioramento dei malfunzionamenti. Quando si inseriscono gli induttori, Murata ha stabilito che è importante utilizzare lo stesso codice articolo in tutte le linee. Nota: le perline di ferrite, un filtro di tipo induttore, non solo bloccano il rumore con alta impedenza ma assorbono anche l'energia del rumore come perdita dalla ferrite, per cui si può prevedere una maggiore efficacia di contromisura del rumore.

Esempi di contromisure del rumore di linea dell'alimentazione

Sono state generate irregolarità (errori di uscita) del valore di uscita del sensore come effetto del rumore sulle linee di alimentazione del sensore. Il livello di rumore iniettato sulla linea di alimentazione è stato mantenuto costante e sono state esaminate le dimensioni dell'errore di uscita prima e dopo l'uso della contromisura.

Poiché il malfunzionamento del valore di uscita del sensore è attribuibile al rumore di modalità normale delle linee di alimentazione, sono stati inseriti quattro condensatori a bassa ESL di 0,1µF nelle vicinanze del sensore.

Questa azione ha portato la soppressione dell'errore di uscita del sensore a meno dell'1%.

Quando sono necessarie ulteriori contromisure del rumore, come indicato, induttori e condensatori possono essere configurati in un filtro di tipo Pi.

Esempi di contromisure del rumore di linea del segnale

La comunicazione del sensore potrebbe interrompersi a causa dell'effetto del rumore sulle linee di segnale del sensore. Il livello di rumore iniettato era aumentato ed fu esaminato il livello limite per il corretto funzionamento (quando non si è verificato un malfunzionamento).

        •Iniziale: la resistenza al malfunzionamento varia notevolmente a seconda della frequenza. (In questo esempio, la resistenza è bassa a 100MHz e 250MHz.)
•Contromisura 1: l'aggiunta di condensatori migliora la resistenza al malfunzionamento a 100MHz e 250MHz.
•Contromisura 2: una configurazione di perline di ferrite e condensatori migliora la resistenza al malfunzionamento a 200MHz e 250MHz.
•Contromisura 3: per ottenere un bilanciamento, un filtro di tipo Pi è configurato per la linea di alimentazione e le perline di ferrite sono aggiunte alla linea di terra (GND). Migliora la resistenza al malfunzionamento in tutti gli intervalli di frequenza.

Mettendo in pratica la contromisura 3 (circuito consigliato), è stata confermata che la resistenza al rumore è diventata favorevole sull'intera larghezza di banda di frequenza.

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