基于電流探頭的干擾源電流譜測(cè)試方案

抑制電磁干擾是提高輕小型光纖陀螺低速靈敏度的關(guān)鍵問(wèn)題。為了減小電磁干擾，必須對(duì)電磁兼容三要素中干擾源的干擾特性、耦合通道的傳輸特性以及敏感設(shè)備的抗干擾特性進(jìn)行深入分析。

為了有效評(píng)估光纖陀螺檢測(cè)電路電源分配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的合理性，需要從電磁兼容角度對(duì)光纖陀螺典型電源干擾傳播通道進(jìn)行分析。DAC(Digital to Analog Converter)到光電探測(cè)器(PINFET)的電源干擾傳播通道為研究對(duì)象，使用電流探頭對(duì)DA轉(zhuǎn)換芯片電源管腳干擾電流譜進(jìn)行測(cè)量，得到干擾源的干擾特性，從而為后續(xù)量化干擾大小、改進(jìn)電源分配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

圖1 DAC-PINFET電源干擾傳播示意圖

電源干擾傳播特性分析從電磁兼容的角度來(lái)說(shuō)，如果要保證敏感設(shè)備在受到干擾源干擾的情況下仍然可以正常工作，則應(yīng)該滿足：干擾源強(qiáng)度×通道衰減< 敏感設(shè)備的抗干擾能力。在電源干擾傳播過(guò)程中，DAC 為干擾源，探測(cè)器為敏感設(shè)備，傳輸通道為兩者之間的電源分配網(wǎng)絡(luò)。

干擾沿電源通道從DAC芯片到探測(cè)器信號(hào)輸出端的傳播示意如圖1所示。由于DA轉(zhuǎn)換芯片和探測(cè)器之間的電源分配網(wǎng)絡(luò)不是理想的0阻抗平面，所以DAC芯片產(chǎn)生的干擾電流l流過(guò)PDN的阻抗Z后會(huì)在探測(cè)器的電源輸入端產(chǎn)生一定的電壓波動(dòng)V，這個(gè)干擾電壓通過(guò)電源端進(jìn)入到探測(cè)器內(nèi)部，最終耦合到探測(cè)器的信號(hào)輸出端，成為調(diào)制串?dāng)_的一部分，經(jīng)過(guò)后續(xù)信號(hào)調(diào)理電路的放大后對(duì)光纖陀螺的性能和精度產(chǎn)生影響。

因此，必須得到干擾源的干擾特性、傳輸通道的耦合特性以及敏感設(shè)備的抗干擾特性，才能通過(guò)合理的抑制手段將DAC傳遞到探測(cè)器的電源干擾控制在不影響陀螺精度的范圍內(nèi)。

干擾源電流譜測(cè)量

探頭最大檢測(cè)電流為5A，電流電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系為1V/A，帶寬為120MHz，可以測(cè)量幅值在5mA以下的交流電流，滿足測(cè)量使用要求。同時(shí)作為一種環(huán)形電流鉗，其不與電源的導(dǎo)線相接觸，可以不必改變?cè)须娐方Y(jié)構(gòu)，方便實(shí)驗(yàn)操作。用導(dǎo)線將DA轉(zhuǎn)換芯片+5V電源管腳處的限流0歐電阻R64進(jìn)行短接，將電流探頭卡在該導(dǎo)線上，即導(dǎo)線穿過(guò)電流鉗的環(huán)形閉臺(tái)區(qū)域，實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)如圖2所示。

圖2 干擾電流譜測(cè)量實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)

在高速和低速情況下分別采集陀螺的輸出數(shù)據(jù)，判斷陀螺處于正常工作狀態(tài)后用電流探頭進(jìn)行測(cè)量，探頭一端卡在導(dǎo)線上，另一端接示波器。設(shè)置示波器時(shí)域采集帶寬為0~3MHz，選擇AC耦合，去掉直流偏置，瞬態(tài)捕捉后進(jìn)行FFT 變換，設(shè)置變換帶寬為10 kHz~3MHz，采樣率為10 GHz/s,RBW =5 kHz。

將示波器設(shè)置為諧波搜索模式，得到DAC芯片+5V電源管腳干擾電流譜波形如圖3所示

圖3 DAC電源管腳干擾電流譜

圖中可以顯示出與解調(diào)方波諧波同頻的干擾信號(hào)功率譜，經(jīng)過(guò)一定的轉(zhuǎn)換后即可得到實(shí)際電流譜。由測(cè)得的干擾電流譜可以看出，DA轉(zhuǎn)換芯片的電源管腳供電電流中夾雜著與解調(diào)方波各次諧波同頻的干擾電流。根據(jù)相關(guān)檢測(cè)檢測(cè)原理，光纖陀螺僅對(duì)解調(diào)方波奇倍頻處的干擾信號(hào)敏感，因此在后續(xù)的研究中需要將來(lái)自DA轉(zhuǎn)換芯片干擾信號(hào)中與解調(diào)方波奇倍頻同頻的干擾抑制掉。

通過(guò)對(duì)DA轉(zhuǎn)換芯片電源管腳的干擾電流譜進(jìn)行測(cè)量，可以看出干擾主要來(lái)自與陀螺解調(diào)方波各次諧波同頻的信號(hào)。由此得到干擾源的干擾特性后可以有針對(duì)性地對(duì)特殊頻率處的干擾進(jìn)行抑制，從而提高光纖陀螺檢測(cè)電路的抗干擾能力。

審核編輯黃宇