Ongelmia mittauksissa Ulkoiset häiriöt

Samankaltaiset tiedostot
Ongelmia mittauksissa Ulkoiset häiriöt

Petri Kärhä 04/02/04. Luento 2: Kohina mittauksissa

Kapasitiivinen ja induktiivinen kytkeytyminen

S Elektroniset mittaukset ja elektroniikan häiriökysymykset. 2 ov

1. a) Piiri sisältää vain resistiivisiä komponentteja, joten jännitteenjaon tulos on riippumaton taajuudesta.

EMC Säteilevä häiriö

KOHINA LÄMPÖKOHINA VIRTAKOHINA. N = Noise ( Kohina )

EMC: Electromagnetic Compatibility Sähkömagneettinen yhteensopivuus

Radioamatöörikurssi 2016

Radioamatöörikurssi 2018

HÄIRIÖSUOJAUS KAKSISUUNTAINEN PROSESSI SISÄISET JA ULKOISET HÄIRIÖT

EMC Mittajohtimien maadoitus

d) Jos edellä oleva pari vie 10 V:n signaalia 12 bitin siirtojärjestelmässä, niin aiheutuuko edellä olevissa tapauksissa virheitä?

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

Sähkömagneettiset häiriöt. Mittaustekniikan perusteet / luento 9. Sähkömagneettiset häiriöt. Sähkömagneettiset häiriöt

EMC:n perusteet. EMC:n määritelmä

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

1 Kohina. 2 Kohinalähteet. 2.1 Raekohina. 2.2 Terminen kohina

Coulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q

Johtuvat häiriöt. eli galvaanisesti kytkeytyvät häiriöt

Sähkömagneettiset häiriöt. Mittaustekniikan perusteet / luento 9. Sähkömagneettiset häiriöt. Sähkömagneettiset häiriöt

Radioamatöörikurssi 2015

SÄHKÖTEKNIIKKA. NBIELS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2015

SÄHKÖTEKNIIKKA. NTUTAS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri kevät 2015

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

1. Tasavirta. Virtapiirin komponenttien piirrosmerkit. Virtapiiriä havainnollistetaan kytkentäkaaviolla

Radioamatöörikurssi 2014

Sähkömagneettiset häiriöt. Sähkömagneettiset häiriöt. Mittaustekniikan perusteet / luento 8

Harjoitustehtäviä kokeeseen: Sähköoppi ja magnetismi

a) I f I d Eri kohinavirtakomponentit vahvistimen otossa (esim.

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

Diodit. I = Is * (e U/n*Ut - 1) Ihanteellinen diodi

R = Ω. Jännite R:n yli suhteessa sisäänmenojännitteeseen on tällöin jännitteenjako = 1

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Sähkövirran määrittelylausekkeesta

LOPPURAPORTTI Lämpötilahälytin Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi

SÄHKÖSTATIIKKA JA MAGNETISMI. NTIETS12 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2013

RG-58U 4,5 db/30m. Spektrianalysaattori. 0,5m. 60m

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

Häiriöt ja mittaaminen. OH3TR:n radioamatöörikurssi Kalvot: Eero Alkkiomäki (OH6GMT), 2003 Tiiti Kellomäki (OH3HNY), 2009

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

Vahvistimet. Käytetään kvantisointi alue mahdollisimman tehokkaasti Ei anneta signaalin leikkautua. Mittaustekniikka

2003 Eero Alkkiomäki (OH6GMT) 2009 Tiiti Kellomäki (OH3HNY)

Radioamatöörikurssi 2016

Radioamatöörikurssi 2018

EMC MITTAUKSET. Ari Honkala SGS Fimko Oy

Elektroniikka. Mitä sähkö on. Käsitteistöä

SeekTech SR-20 Paikannin Kevyt mutta silti lujarakenteinen vastaanotin, joka antaa kaikki nopean ja tarkan paikannuksen tarvitsemat tiedot.

EMC. Elektroniikan käytön voimakas kasvu mobiililaitteet, sulautetut järjestelmät

S Elektroniset mittaukset ja elektroniikan häiriökysymykset. Vanhoja tenttitehtäviä

DEE Sähkötekniikan perusteet

S Elektroniset mittaukset ja elektroniikan häiriökysymykset. Petri Kärhä 27/01/2004 Luento 1: Anturit ja mittausvahvistimet 1

SÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä:

S Elektroniikan häiriökysymykset. Laboratoriotyö, kevät 2010

Radioamatöörikurssi 2013

Sähköstatiikka ja magnetismi Sähkömagneetinen induktio

Infokortti. Kapasitiiviset anturit

Häiriöt ja mittaaminen. Kalvot: Eero Alkkiomäki (OH6GMT), 2003 Tiiti Kellomäki (OH3HNY), 2009

Radioamatöörikurssi 2017

Jännitelähteet ja regulaattorit

Analogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS127. Jatkuva-aikaiset IC-suodattimet ja PLL-rakenteet

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

S Elektroniikan häiriökysymykset. Laboratoriotyö 1

Supply jännite: Ei kuormaa Tuuletin Vastus Molemmat DC AC Taajuus/taajuudet

OPERAATIOVAHVISTIN. Oulun seudun ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö. Elektroniikan laboratoriotyö. Työryhmä Selostuksen kirjoitti

LABORATORIOTYÖ 1 MITTAUSVAHVISTIMET

SÄHKÖMAGNEETTINEN KYTKEYTYMINEN

Pinces AC-virtapihti ampèremetriques pour courant AC

Maadoitus. Maadoitusta tarvitaan kaikissa elektronisissa laitteissa. Maadoitus voi olla muuhun elektroniikkaan nähden yhdistetty eristetty kelluva

IMPEDANSSIMITTAUKSIA. 1 Työn tavoitteet

Aktiiviset piirikomponentit. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto. 2 Teoreettista taustaa

Pinces AC-virtapihdit ampèremetriques pour courant AC

Kuva 1. Vastus (R), kondensaattori (C) ja käämi (L). Sinimuotoinen vaihtojännite

Häiriöt kaukokentässä

CC-ASTE. Kuva 1. Yksinkertainen CC-vahvistin, jossa virtavahvistus B + 1. Kuva 2. Yksinkertaisen CC-vahvistimen simulaatio

Passiiviset piirikomponentit. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

FYSA220/1 (FYS222/1) HALLIN ILMIÖ

Analogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS128. Operaatiovahvistinrakenteet

Elektroniset mittaukset. Anturit ja mittausvahvistimet

Pinces AC/DC-virtapihti ampèremetriques pour courant AC

Sähköoppi. Sähköiset ja magneettiset vuorovaikutukset sekä sähkö energiansiirtokeinona.

Logiikan rakenteen lisäksi kaikilla ohjelmoitavilla logiikoilla on myös muita yhteisiä piirteitä.

S Mittaustekniikan perusteet Y - Tentti

MITTAUSTEKNIIKAN LABORATORIOTYÖOHJE TYÖ 4. LÄMPÖTILA ja PAINELÄHETTIMEN KALIBROINTI FLUKE 702 PROSESSIKALIBRAATTORILLA

Magneettinen energia

Käytännön radiotekniikkaa: Epälineaarinen komponentti ja signaalien siirtely taajuusalueessa (+ laboratoriotyön 2 esittely)

Työ 31A VAIHTOVIRTAPIIRI. Pari 1. Jonas Alam Antti Tenhiälä

Perusmittalaitteet 3. Yleismittari. Mittaustekniikan perusteet / luento 5. Digitaalinen yleismittari. Digitaalinen yleismittari.

OPERAATIOVAHVISTIMET 2. Operaatiovahvistimen ominaisuuksia

VLT HVAC Drive. VLT HVAC Drive 102 pikaohjeita

Radiokurssi. Modulaatiot, arkkitehtuurit, modulaattorit, ilmaisimet ja muut

Perusmittalaitteet 2. Yleismittari Taajuuslaskuri

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto

MD-1 ASENNUSOHJE. 20 ma virtasilmukka / RS-232 muunnin

Dynatel 2210E kaapelinhakulaite

Muuntajan toiminnasta löytyy tietoja tämän työohjeen teoriaselostuksen lisäksi esimerkiksi viitteistä [1] - [4].

FYS206/5 Vaihtovirtakomponentit

Transkriptio:

Ongelmia mittauksissa Ulkoiset häiriöt Häiriöt peittävät mitattavia signaaleja Häriölähteitä: Sähköverkko 240 V, 50 Hz Moottorit Kytkimet Releet, muuntajat Virtalähteet Loisteputkivalaisimet Kännykät Radiolähettimet, röntgenlaitteet, tutkat, suurtaajuuslämpölaitteet, sähköpurkaukset, taustasäteily 1

Sähkömagneettisesti kytkeytyvät häiriöt Mittauspiiri toimii antennina joka vastaanottaa energiaa häiriölähteestä sähkö- ja magneettikentän avulla Suojautuminen Metallikotelointi - Korkeilla (RF) taajuuksilla kotelon tiiviys korostuu Ferriittikuristin Etäisyyden kasvattaminen EMI-huone 2

Resistiivisesti kytkeytyvät häiriöt Jos laitteiden väliset maatasot eivät ole samoja, 0- johdossa kulkeva virta jakautuu kulkemaan osittain signaalijohdossa. maasilmukka Suojautuminen Maadoitus yhteen pisteeseen Suojamaadoitettu käyttöjännite (0-johto, vaihejohto ja suojamaa) Mittalaite, Rs anturi 0-johto Z maataso 3

Lisähuomioita maadoituksesta Earth/ground -termi sisältää useita merkityksiä Chassis ground Earth ground PSU return/null Signal reference potential On laitekohtaista, millaiset kytkennät em. potentiaalien välille täytyy tai kannattaa tehdä Suojausluokitus (Wikipedia)

Lisähuomioita maadoituksesta Tähtimaadoitus (star grounding) Maajohdot pidetään fyysisesti erillisinä ja yhdistetään toisiinsa (ja koteloon) virtalähteen tai signaalitulon lähellä Suojaa maasilmukoilta ja estää suuret paluuvirrat signaalipuolen maajohdoissa EMI-suojauksen kannalta huono korkeilla taajuuksilla RaneNote 151 (1995/2002) Morgan Jones. Building Valve Amplifiers. Elsevier. 2004

Induktiivisesti kytkeytyvät häiriöt Mittauspiirin ja häiriöpiirin keskinäisinduktanssi M. Indusoitunut jännite V h = M(di/dt) Kesikinäisinduktanssi riippuu mittausjohtojen muodostaman silmukan pinta-alasta ja etäisyydestä häiriölähteeseen. i Häiriötä aiheuttava virtapiiri kuorma M mittalaite signaalipiiri anturi 4

Suojautuminen induktiivisiltä häiriöiltä Keskinäisinduktanssin pienentäminen Kierretyt johdin parit Peräkkäisiin silmukoihin indusoituneiden virtojen suunnat vastakkaiset Mitä enemmän kierroksia, sitä parempi suojaus. Suojavaipan maadoittaminen vain toisesta päästä vaippa ei muodosta häiriötä keräävää silmukkaa Johtimien etäisyys häiriölähteestä Suunta kohtisuoraan Suojavaipallinen kaapeli Metallikotelointi 5

Kapasitiivisesti kytkeytyvät häiriöt Verkkovirtajohdon, signaalijohdon ja maatason keskinäiskapasitanssit. Suodatinkondensaattoreiden ja muuntajien käämien kapasitanssit. Kapasitiivisessä kytkennässä korkeat taajuudet kytkeytyvät helpommin. V h = j2 fr s CU C U=240 V, 50 Hz C Mittalaite, Rs signaalipiiri anturi C C maataso 6

Suojautuminen kapasitiivisilta häiriöiltä Metallikotelointi Johtimien etäisyys häiriölähteestä Suunta kohtisuoraan Signaalijohtimet maatason lähellä Suojavaipallinen kaapeli Kytkentöjen impedanssitason pienentäminen Staattinen suoja, kuten muuntajan käämien väliin sijoitettu maadoitettu folio Akkukäyttöiset laitteet 7

Signaalijohdot Paras suojaus suojatuilla kierretyllä parilla ja koaksiaalikaapelilla Häiriöisessä ympäristössä Differentiaalisten signaalien käyttäminen Signaalin muuntaminen digitaaliseksi Signaalin siirtäminen optisesti 8

Differentiaaliset signaalit Signaali siirretään kahdella johtimella vastakkaisvaiheisina Laitteiden välisellä signaalilähdöllä ja -tulolla ei tarvitse olla yhteistä jännitereferenssiä eli signaalimaata Yhteismuotoiset häiriöt signaaleissa/käyttöjännitteissä ja parilliset harmoniset särökomponentit kumoutuvat Kaksinkertainen ulostulojännite nostamatta käyttöjännitteitä TI Fully-Differential Amplifiers Application Report SLOA054D, 2002

Differentiaaliset signaalit Haittapuolia Monimutkaisempi toteuttaa Komponenttien sovitus oltava tarkka Kytkentä single-ended -laitteisiin edellyttää joko signaalimuuntajia (balun), epästandardeja kaapeleita tai aktiivisia sovittimia

Esimerkki hyvästä suojautumisesta Moottorin virtajohtojen ja logiikan erottaminen Kierretyt parit Maadoitettu kotelo (myös kansi) Ei maasilmukoita 9

Esimerkki huonosta suojautumisesta Paljaat johdot 10

Sisäiset häiriöt Mitattavan suureen vaihtelut Esim. Mitattavan suureen vaihtelu kiinnostavan aallonpituusalueen ulkopuolella. Läpikuuluminen laitteiston sisällä Triboelektrisyys JASA, Vol (48), 3B, pp. 714-724, (1970) Seebeckin ilmiö Kohina Rajoittaa pienintä mahdollista erotettavaa signaalia Tehospektritiheys [V 2 /Hz] Voidaan mitata spektrianalysaattorilla 11

Lämpökohina Johnson noise Johtuu varauksenkuljettajien satunnaisesta liikkeestä johteessa DC-virrasta riippumaton Valkoista kohinaa, tasaisesti jakautunut spektri Tehospektritiheys kertoo kuinka signaalin (kohinan) teho on jakautunut taajuusavaruudessa Gaussinen amplitudijakauma 12

Lämpökohina Johnson noise Kohinan tehollinen arvo V n taajuusvälillä Δf on V n = 4k B TR f jossa k B on Boltzmannin vakio, T lämpötila ja R resistanssi Esim. 10 kω vastus huoneenlämmössä V rms = 1,3 µv Horowitz, Hill. The Art of Electronics. Cambridge University Press. 1989 Vähentämistapoja: Lämpötilan laskeminen Taajuusalueen rajoittaminen Resistanssien pienentäminen 13

Raekohina Shot noise Johtuu sähkövirran kvantittumisesta. Syntyy yksittäisten varauksenkuljettajien ylittäessä potentiaalivallin. Diodi, transistori, elektroniputki Valkoista kohinaa Virran I n tehollinen arvo taajuusvälillä Δf I n = 2qI DC f jossa q on elektronin varaus ja I DC virta Merkitystä lähinnä hyvin pienillä virroilla 14

1/f kohina Pink noise, flicker noise Useita ehdotettuja syntymekanismeja: Liitosten hyvyys Vastuksen resistanssin vaihtelu komponentin sisällä Virran vaihtelu transistorissa Ilmenee kaikissa komponenteissa Kohinateho sama jokaista taajuusdekaadia kohti, esim. 1-10 Hz ja 1-10 MHz Teho kääntäen verrannollinen taajuuten ~1/f, =0,8-1,4) Voimakkaampaa matalilla taajuuksilla Ei voida poistaa keskiarvoisamalla 1/f noise corner: taajuus jolla 1/f kohina ylittää termisen kohinan 15

Signaali kohina suhde S/N ratio Kuvaa laitteiston suorituskykyä Voidaan verrata eri laitteita Nähdään onko signaali riittävän hyvä Pyritään samaan mahdollisimman hyväksi S/N = signaalin teho / kohinan teho = P s /P n Desibeleissä: S/N = 10 log (P s /P n ) = 20 log (V s /V n ) Kohinaluku - Noise figure Yksittäisen laitteen lisäämä kohina Noise equivalent power (NEP) = pienin havaittava teho (SNR = 1) kaistanleveyden neliöjuurta kohden NF= S / N in S / N out 16