無源濾波設計分享，揭開測溫濾波電路的神秘面紗

在使用熱電偶測溫模塊或設計熱電偶測溫電路中，每個采集通道往往需要一階甚至多階的無源濾波電路，關于熱電偶測溫無源濾波電路的設計需要考慮什么因素呢？

?熱電偶測溫原理簡述

兩種不同材料的導體A、B與采樣電路串接成一個閉合回路，當熱端1和冷端2處于不同的溫度T、T0時，回路中就會產(chǎn)生熱電動勢EAB（T，T0）被ADC采集到。當熱端和冷端的溫度差發(fā)生變化時熱電動勢EAB（T，T0）隨之變化，用戶可根據(jù)采集到的電壓值查找熱電偶溫度對照表得出熱端T與冷端T0的溫度差值，進而得到熱端溫度值。圖1?熱電偶測溫電路簡圖
?輸入信號調理

在熱電偶測溫電路設計中，信號的調理是非常關鍵的。由于混疊效應，一般ADC采集電路前端都需要某些頻段的濾波來減少輸入噪聲，以使模塊具備更高的測溫精度。

作為一個示例，考慮設計一個截止頻率小于工頻50Hz的低通濾波器電路，另外考慮到采樣電壓的建立時間，串聯(lián)電阻值與濾波電容值不能太大，一般設定串聯(lián)電阻值不高于500Ω。根據(jù)一般經(jīng)驗差模電容值比共模電容值大10倍，設計出如圖2所示一階低通濾波電路，其截止頻率f=1/[2π(R3+R4)(C3+C2/2)]。根據(jù)該電路圖3的波特圖仿真結果可知其截止頻率約為48.85Hz。

圖2?一階低通濾波電路圖

圖3一階低通濾波電路波特圖

根據(jù)工程設計經(jīng)驗，考慮到阻容在環(huán)境溫度下的阻容值會發(fā)生變化及電容的壓電效應等環(huán)境或器件因素影響，另外考慮到設計余量我們一般會將截止頻率設計的盡可能低一些。例如可能將截止頻率設計在25Hz左右，此時C3的容值可能接近8uF。考慮到大容值電容的成本以及一階濾波的滾降不夠理想，因此我們采用二階濾波的方式進行改善。

我們可以在圖2的電路基礎上再增加一階電路改為無源二階低通濾波器如圖4所示，根據(jù)該電路圖5中的波特圖仿真結果，可知該電路截止頻率的仿真值為24.56Hz。

圖4?二階低通濾波電路圖圖5?二階低通濾波電路波特圖
?總結一下

熱電偶測溫低通濾波電路設計的截止頻率越低，對高頻噪聲的抑制能力越強，但是截止頻率越低阻容值要求越大采樣電壓建立時間越長。截止頻率設置過高，對工頻或其它頻段干擾的衰減不夠理想會對測溫精度產(chǎn)生影響。因此熱電偶測溫低通濾波電路截止頻率設計的過高或過低對測試結果均會產(chǎn)生影響，根據(jù)經(jīng)驗值截止頻率可設計在30Hz~40Hz左右。

熱電偶測溫模塊ZAM6218A的推薦濾波電路采用二階濾波截止頻率約為40Hz，該產(chǎn)品具備優(yōu)異的采樣精度和測溫范圍，通過對采集數(shù)據(jù)進行處理后ZAM6218A通過IIC協(xié)議直接輸出熱端溫度數(shù)據(jù)，大大簡化了用戶的軟件和硬件設計，是熱電偶測溫的不二選擇。