如何消除50Hz工频对高精度测温电路的扰动

PT100是当前应用最为广泛的测温方案，各位工程师在应用此方案时是否会遇到这样的问题：为什么PT100测温电路会存在周期性小波动?该如何解决?其实出现这样的现象主要可能是存在如下几个原因：

50Hz工频电磁场的影响;

周围电机或者继电器等开关动作造成的群脉冲干扰;

传导进去系统的工频共模干扰。

由于是测量电路存在周期性波动，那工频电磁场扰动的可能性更大，用示波器观测工频电磁场波形如图1，一般认为50Hz工频电磁场干扰是由两方面原因产生：

50Hz工频干扰通过传导进入系统

50Hz工频干扰通过空间耦合进入系统

针对上述问题，消除50Hz工频电磁场干扰的方法也相对明确，有下述四种方案可供电路设计者去参考：

利用电气隔离，阻断工频干扰的传导路径。

敏感电路处搭建共模抑制和滤波电路，滤除进入输入通道的工频扰动。

软件中构建IIR陷波或者FIR带阻数字滤波器，消除工频干扰对测量结果的影响。

降低测量引线回路面积，增加屏蔽，减弱空间耦合效应。

ZLG推出一款双通道热电阻隔离测温模块TPS02R，转为敏感电路而设计，充分考虑50Hz工频干扰，如图2，我司采用多种方案抑制工频干扰，使得TPS02R模块分辨率可达0.01℃，且可以长时间稳定运行。

针对50Hz工频干扰，在“基准缓冲电路”中，采用硬件滤波电路，降低50Hz工频对ADC芯片基准电压的影响。如图3，本质上是一个电压跟随缓冲电路结合低通滤波器，R1C1针对50Hz滤波，R2R3C2C3针对50Hz高次谐波的过滤。

具体-3dB频率响应计算如式1

 

(1)

 

ADC芯片内部PGA采用仪表放大器结构大幅度衰减共模工频干扰，且内置数字处理器，对输入信号进行数字滤波处理，其中数字滤波算法频率响应如图4所示，数字滤波算法的陷波点在10Hz,20Hz,40Hz,80Hz频率的整数倍处响应，所以选择10Hz频率的输出，可以一定程度的衰减50Hz工频扰动。

结合电气隔离方案从源头处防止50Hz工频从电源处传导进入系统影响敏感信号采集端。模块采用四层板布局，大面积敷铜接地，让地阻抗降到极低，系统的信号回路尽可能缩短，从而抑制50Hz工频干扰的产生。